非線性條件下單孔法剪切波速正反演方法研究.pdf

1、巖土層的剪切波速在工程建設(shè)領(lǐng)域具有重要的作用，它是劃分場(chǎng)地類別、確定土層覆蓋層厚度、判斷場(chǎng)地砂土或粉土地基的地震液化、求取土層動(dòng)力學(xué)參數(shù)、以及進(jìn)行地震小區(qū)劃的依據(jù)。目前，剪切波速的求解方法主要是通過(guò)波速原位測(cè)試的手段拾取地震波走時(shí)數(shù)據(jù)，并根據(jù)走時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算巖土層剪切波速。如，單孔法、跨孔法以及面波法。這些方法在計(jì)算剪切波速時(shí)，都假設(shè)地震波沿直線傳播，忽略了場(chǎng)地巖土層不均勻分布的影響，因此，這些方法不僅需要進(jìn)行大量繁雜的計(jì)算，而且求解精度

2、低。本文的研究目的是在于通過(guò)地球物理正演和反演方法相結(jié)合，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)獲得一種精度高、方便、快速的剪切波速求解方法。文中關(guān)于剪切波速的求解方法就是在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)他們提出的方法進(jìn)一步完善而得到的。
　　本文的核心內(nèi)容：一是正演求解，二是反演計(jì)算。正演求解方法采用的是最短路徑射線追蹤方法（SPR），它是網(wǎng)絡(luò)法射線追蹤方法的一種，該方法能夠較好的模擬出地震波的傳播路徑。反演計(jì)算方法采用的是同時(shí)迭代重建法（SIRT)，它是

3、一種能夠快速求解大型線性方程組的反演方法，具有算法穩(wěn)定、收斂效果好的特點(diǎn)。本文將這兩種方法理論結(jié)合在一起，并編譯成MATLAB算法程序，通過(guò)運(yùn)行程序來(lái)求得場(chǎng)地巖土層剪切波速信息。圍繞剪切波速的求解方法具體展開(kāi)了以下幾個(gè)方面的工作。
　　1、對(duì)正反演理論發(fā)展情況進(jìn)行描述，并引出本文的非線性條件下利用正反演技術(shù)求解介質(zhì)剪切波速方法，并對(duì)其求解理論和程序設(shè)計(jì)思路做了介紹。
　　2、對(duì)剪切波速的具體工程應(yīng)用價(jià)值和研究意義做了詳細(xì)的論

4、述。同時(shí)，詳細(xì)介紹了中國(guó)廣泛使用的剪切波速原位測(cè)試技術(shù)的測(cè)試方法及測(cè)試資料的整理分析，對(duì)各種原位測(cè)試技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　3、簡(jiǎn)要介紹了地震波傳播所遵循的幾個(gè)原理和直達(dá)波、反射波、透射波、折射波、回折波的傳播規(guī)律。
　　4、介紹了射線追蹤的發(fā)展歷程，并給出了各個(gè)發(fā)展階段所提出的射線追蹤方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)介紹了本文所采用的最短路徑射線追蹤法，對(duì)其理論基礎(chǔ)、模型構(gòu)建和算法實(shí)現(xiàn)依次做了深入的介紹。文中還給出了

5、射線追蹤方法的算法程序及其說(shuō)明，并用模型來(lái)驗(yàn)證該程序的有效性和穩(wěn)定性。
　　5、對(duì)地球物理反演理論做了論述，并對(duì)反演要解決的五大問(wèn)題，即解的存在性、模型構(gòu)制、解的非唯一性、解的穩(wěn)定性、結(jié)果的評(píng)價(jià)做了簡(jiǎn)要介紹。詳細(xì)介紹了本文所采用的反演方法理論，且給出了算法程序及其說(shuō)明。
　　6、文中將本文算法程序應(yīng)用于三個(gè)具體的工程實(shí)例，并將利用該方法求得的剪切波速與運(yùn)用單孔法波速測(cè)試方法求得的剪切波速結(jié)果作對(duì)比分析，驗(yàn)證了本文求解剪切波速