地下洞穴的瑞利面波波场特征有限元数值模拟研究

摘要

防空洞、涵管、动物洞穴、冲刷淘蚀坑、煤矿采空区、岩溶洞穴等物理力学性质有别于周围介质的这一类地下洞穴在工程中已经成为比较棘手的地质病害，查找这一类地质病害对工程质量和安全有很重要的意义，实际工程中业也迫切需要比较经济的物探方法查找这一类地质病害。瑞利面波勘探正是适应这一工程要求需要加强研究的物探方法之一。 本文把美国Kansas大学夏江海教授在实验室模拟发现瑞利面波传播过程中遇到局部非均匀体的散射特征做为研究方向向导，利用有限元方法对瑞利面波波场特征进行数值模拟；通过对不同主频震源下不同埋深和尺寸的洞穴模型进行数值模拟，总结了瑞利面波运动学特征和动力学特征的一些规律和成果。 这些规律成果主要包括： 1.模拟瑞利面波运动学特征，利用瑞利面波散射规律从地震记录中携带的地质信息对地下局部非均匀地质体进行查找。通过对不同主频震源下不同埋深和尺寸的洞穴模型模拟，总结了这一方法的适用范围。 2.模拟瑞利面波动力学特征，验证了空洞与瑞利面波频散曲线上出现断点(“之”字型)之间存在对应关系，并利用频散曲线反演得到空洞位置，定量分析了模拟方法的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究目的和意义

1.2瑞利面波研究现状

1.2.1瑞利面波在各种不同介质情况下特征方程的建立

1.2.2瑞利面波频散特征方程求解

1.2.3瑞利面波的现场测试方法

1.2.4频散曲线的解释

1.3论文的主要内容与技术路线

1.3.1论文的主要内容

1.3.2论文的技术路线

1.3.3论文的主要研究成果

第二章瑞利面波基础理论方法

2.1地震波的形成及波动方程

2.1.1地震波的分类

2.1.2地震波的波动方程

2.2瑞利面波勘探的理论基础

2.2.1均匀半无限弹性空间瑞利面波的形成

2.2.2瑞利面波的传播特点

2.2.3瑞利面波勘探的方法简介

2.2.4瑞利面波频散及其曲线的解释

第三章瑞利面不皮有限元数值模拟基础和方法评介

3.1有限元数值分析方法的理论基础

3.1.1有限元数值分析方法简介

3.1.2动力学弹性有限元理论基础

3.2 ANSYS有限元分析软件背景、特点

3.3半无限均匀空间模型的模拟

3.3.1模拟的前置处理

3.2.2模拟的解题程序、后置处理和模型的验证

第四章地下洞穴瑞利面波波场特征有限元数值模拟

4.1地下洞穴的瑞利面波运动学特征有限元数值模拟

4.1.1瑞利面波散射特征简介

4.1.2瑞利面波运动学特征实验室模拟和现场典型实例

4.1.3瑞利面波运动学特征有限元数值模拟

4.2地下洞穴的瑞利面波动力学特征有限元数值模拟

4.2.1地下洞穴的瑞利面波动力学特征模拟方法

4.2.2地下洞穴瑞利面波模拟结果输出和空间动力学特征

4.2.3小结

结论

致谢

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果