瑞雷波地基检测中震源及“之”字形频散曲线的数值研究

论文摘要

瞬态瑞雷波技术与传统方法相比具有测试技术简单易行、无需钻孔、浅层分辨率高以及高效经济等优点,已经被广泛地应用于地基检测中,但由于缺少大量理论指导,特别是数值模拟方面的研究,其应用受到限制。本文利用有限元软件LS-DYNA对瑞雷波地基检测过程进行了数值模拟,研究了地基检测中震源和瑞雷波“之”字形频散曲线问题,得出以下结论:（1）通过对半空间单层土体数值模拟提取频散曲线的误差的研究分析,说明用有限元方法模拟瑞雷波地基检测过程是可行的。在此基础上,通过对不同震源参数情况下得到频散曲线误差分析发现,加载面越大,频散曲线误差越大;荷载作用时间过大或过小,频散曲线出现弯曲和不规则;荷载大小对频散曲线形态几乎没有影响。这就要求在实际工程中应选择较小的加载面,荷载作用时间适中的震源。（2）通过对四种典型地层（递增型地层、含软弱下伏层地层、含软弱夹层地层、含硬夹层地层）的27个模型瑞雷波“之”字形频散曲线特征的研究发现:对于递增型地层,频散曲线不会出现“之”字形,而且很难通过拐点判断分层位置;而对于其它三种非递增型地层,频散曲线则会出现两种类型的“之”字形,其中含软弱夹层地层,“之”字形的位置和尺寸与软夹层的位置和层厚有较好的对应关系。本文还将数值模拟计算结果与实测结果以及解析解进行了比较,进一步验证了数值方法研究瑞雷波地基检测过程的可行性及“之”字形频散曲线的形成原因。（3）当含软夹层地层有空洞时,频散曲线“之”字形变大,而且频散曲线与无空洞时相比,高频部分出现缺失。而且当空洞位于软夹层,震源下以及近道检波器附近时,对“之”字形频散曲线的形态影响最大。本文的研究为工程实际中震源参数的选取提供可靠依据,也为在实际工程中利用瑞雷波频散曲线的形状判定地层类型和软弱夹层位置提供了重要参考,而在空洞探测方面也提供一定依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和来源
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 研究现状和存在的问题
• 1.3.1 瑞雷波勘探中瑞雷波采集和处理的研究现状
• 1.3.2 瑞雷波频散曲线反演理论的研究现状
• 1.3.3 瑞雷波频散曲线正演理论的研究现状
• 1.3.4 研究现状分析
• 1.4 本文研究方法
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 瑞雷波地基检测中数值模拟的可行性研究
• 2.1 引言
• 2.2 本文的理论基础
• 2.2.1 瑞雷波理论原理
• 2.2.2 瑞雷波实际勘探原理
• 2.2.3 技术方法
• 2.3 本文所用软件LS-DYNA的简介
• 2.4 瑞雷波地基检测中数值模拟的可行性研究
• 2.4.1 地基和锤击的有限元模型
• 2.4.2 瑞雷波频散曲线提取的数值模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 激震方式对瑞雷波勘探精度影响的数值分析
• 3.1 引言
• 3.2 加载面面积对频散曲线提取结果的影响
• 3.3 荷载作用时间对频散曲线提取结果的影响
• 3.4 荷载大小对频散曲线提取结果的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 四种典型地层的瑞雷波“之”字形频散曲线数值模拟研究
• 4.1 引言
• 4.2 速度递增型地层
• 4.3 含有软弱下伏层和软夹层的地层
• 4.3.1 含软弱下伏层的地层
• 4.3.2 含软夹层的地层
• 4.3.3 含软两个软夹层的地层
• 4.4 含硬夹层地层
• 4.5 与实测结果对比分析
• 4.5.1 实际工程一：珠海联成化工瑞雷波测试工作
• 4.5.2 实际工程二：深圳大学城操场
• 4.6 数值模拟频散曲线与本征振动曲线的对比分析
• 4.6.1 递增型地层的比较分析
• 4.6.2 递减型地层的比较分析
• 4.6.3 含软夹层地层的比较分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 空洞对含软夹层地层“之”字形频散曲线的影响
• 5.1 引言
• 5.2 空洞竖向位置变化对“之”字形频散曲线的影响
• 5.3 空洞水平位置变化对“之”字形频散曲线的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢