表面波谱法现场测试及地基土动参数的反演

摘要

本文基于Rayleigh表面波的基础理论及其测试原理，分别在内蒙古集宁市、北京交通大学校园内的自由场地上进行了现场SASW测试（基于互谱分析的瞬态表面波测试），在力锤垂向敲击地面时，通过加速度传感器记录了Rayleigh波竖向振动时程。针对测试数据进行了互谱分析，得到互功率谱、相干函数和实际相位差等，计算得到了实测地点的Rayleigh波频散曲线。进而将实测频散曲线与理论频散曲线进行对比，证明了现场试验的可行性和合理性。在地基土动参数反演方面，首先介绍了反演问题的数学模型，通过对Rayleigh波反演方法的分析和研究，利用遗传算法并编制相应的MATLAB程序针对频散曲线进行地基土动参数的反演。利用试验测得的Rayleigh波频散曲线对地基土动参数进行反演，并与现场土体勘察资料进行对比，验证了反演程序的正确性。由于现场实测诸多因素的限制，频散曲线往往会出现缺失某些频段的现象，造成地基土参数的反演误差，因此本文进行了缺失低、中和高频率段频散曲线反演的误差分析，并与不同土层剪切波波速对于频散曲线的敏感度进行对比分析，相互验证。通过反演误差分析，考虑到缺失不同频段对不同土层反演结果的影响不同，最后有针对性地根据频散曲线进行地基土动参数的反演，得到目标土层的反演结果。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究的目的及意义

1．2 表面波谱法的国内外研究现状

1．2．1 Rayleigh面波法数据采集与处理研究现状

1．2．2 Rayleigh波实测频散曲线提取研究现状

1．2．3 Rayleigh波正演研究现状

1．2．4 地基土参数反演研究现状

1．3 论文主要研究内容

2 Rayleigh波正演理论及表面波测试原理

2．1 Rayleigh波正演理论简述

2．1．1 Rayleigh波简述

2．1．2 弹性波动方程

2．1．3 均匀各向同性弹性半空间介质自由表面Rayleigh波方程

2．1．4 均匀各向同性层状介质中Rayleigh波特性

2．2 表面波测试原理

2．2．1 稳态测试法

2．2．2 SASW测试法

2．3 本章小结

3 SASW现场测试和频散曲线的提取

3．1 试验概况

3．1．1 试验简介

3．1．2 试验方法

3．2 试验数据处理及频散曲线的提取

3．2．1 SASW现场测试工况

3．2．2 数据记录和傅里叶变换

3．2．3 相邻两通道数据互功率谱、相干函数和相位差的求取

3．3 补充试验一

3．4 补充试验二

3．5 本章小结

4 Rayleigh波频散曲线及地基土动参数的反演

4．1 反演问题的数学模型

4．2 遗传算法

4．2．1 遗传算法概述

4．2．2 遗传算法的实施过程和基本操作

4．3 地基土动参数反演

4．3．1 遗传算法参数选择

4．3．2 遗传算法反演地基土动参数

4．4 本章小结

5 对缺失频段的频散曲线反演的误差分析

5．1 频散曲线敏感度分析

5．2 对缺失频率段的频散曲线反演及误差分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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