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《淺談巖體節(jié)理多參數(shù)反演的反射波法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、重慶大學博士學位論文巖體節(jié)理多參數(shù)反演的反射波法研究博士研究生：許年春指導教師：吳德倫教授趙明階教授學科、專業(yè)：巖土工程重慶大學土木工程學院二OO七年十月Ph.D.DissertationofChongqingUniversityResearchonMulti-parameterInversionforRockMassJointUsingReflectedWavePh.D.Candidate:XuNian-chunSupervisor:Prof.WuDe-lunProf.ZhaoMing-jieMajor:GeotechnicalEngineeringColleg
2、eofCivilEngineeringChongqingUniversityOctober2007摘要節(jié)理對巖體強度和穩(wěn)定性有重要的影響，其影響程度直接與節(jié)理的幾何參數(shù)和力學參數(shù)相關，包括節(jié)理的走向、傾角、位置、厚度、剛度、強度等。如何確定隱伏節(jié)理的特征參數(shù)，一直以來是巖體工程界關心和亟待解決的關鍵技術問題。目前巖體工程波動法測試中在對測試信號的解釋和分析時往往只單一考慮波速、振幅衰減或頻譜特點，使得節(jié)理波動探測成本高或是精度低，且獲得的參數(shù)少。因此通過綜合、深入分析節(jié)理反射信號，反演節(jié)理多個特征參數(shù)的研究無疑具有重要的理論意義和工程實用價值。垂直節(jié)理面入射應力波
3、在節(jié)理內(nèi)往返共線傳播，向波源點發(fā)出多次回波，引起波源點的振動變化，根據(jù)正弦波形函數(shù)和Snell定律推導出各次回波的振幅與節(jié)理特征的關系式，據(jù)此建立節(jié)理多參數(shù)反演反射法理論模型。為接收到最理想的垂直節(jié)理面回波信號，需事先采用反射波反演出節(jié)理產(chǎn)狀。從地表發(fā)出的應力波，經(jīng)節(jié)理面反射后回到地表面，根據(jù)解析幾何中點、線、面的關系，推導出節(jié)理面反射波走時，得出地表反射波等走時圓公式，從而建立起由測點反射波走時反演節(jié)理產(chǎn)狀的理論模型。室內(nèi)模型試驗中，砂漿模擬巖石，濕砂層模擬節(jié)理，測試面(模型上表面)與節(jié)理面斜交，中心布置發(fā)射探頭，接收探頭四周布置，受面波、直達波干擾，無法直觀判
4、斷出接收信號中反射波初至時刻，通過復信號分析可得到信號的瞬時信息，由瞬時頻率能有效判斷反射波初至時刻，得到五個測點處反射波走時。在MATLAB平臺上編制程序，由測點走時搜尋出等走時圓圓心，進而得到節(jié)理面真傾向及傾角值，反演結(jié)果與模型設計值相差較小。另一個模型試驗中測試面與節(jié)理面平行，采用垂直反射法測試(接、發(fā)探頭并排微小間距擺置)。對測試信號作復信號分析，瞬時頻率能清楚地顯示出了各次回波的初至時刻；頻譜分析表明測試信號中含有兩個主頻，分別對應發(fā)射探頭的發(fā)射主頻與測試面自振頻率(采用ANSYS有限元程序作半空間體模態(tài)分析加以驗證)；采用Littlewood-Pale
5、y小波改造的帶通濾波器分別濾出兩個主頻信號，濾出的信號均能反映出接收信號隨各次回波的傳至的變化規(guī)律。為從測試信號中提取出零次回波，采用Duhamel積分計算出探頭發(fā)射信號激勵下測試面的受迫振動，該受迫振動沿表面?zhèn)鞑バ纬擅娌?、直達波，借助于Laplace變換和Hankel變換可模擬出表面振動，受迫振動向下傳播形成節(jié)理入射波，以該受迫振動的波形作為零次回波的波形，以測試信號消除零次回波后瞬時頻率標準差最小作為評判標準，在MATLAB平臺上編程搜尋出局部最小值，確定出零次回波的振幅值。提取零次回波的方法不適用于提取一次、二次回波，一方面是因為后至回波振幅減小，另一方面是
6、因為應力波穿過節(jié)理層時衰減濾波，波形發(fā)生了變化。通過Hilbert變換可得到測試信號(一維)的平面跡線(二維)，測試信號中只含有兩個頻率成分，視為雙頻信號，雙頻信號的平面跡線相當于兩連桿繞平行軸轉(zhuǎn)動時外桿桿端跡線，利用理論力學中運動合成和瞬心知識，推導出雙頻信號平面跡線步長平方滿足余弦線性復合函數(shù)，而跡線轉(zhuǎn)角可視為線性變化，據(jù)此可對回波到來之前的測試信號平面跡線作延長，得到一定長度的信號延展段，信號延展段與實測段作差可得到一次、二次回波的第一個波峰值。在得到各次回波第一個波峰值后，代入已建立的節(jié)理多參數(shù)反演理論模型，求出模型實驗中節(jié)理的厚度、品質(zhì)因子、波速等，較好
7、地實現(xiàn)了多參數(shù)反演。關鍵詞：節(jié)理巖體，多參數(shù)反演，產(chǎn)狀，復信號，小波分析，信號平面跡線ABSTRACTThejointhasgreateffectonthestrengthandstabilityofrockmass,theeffectdegreedirectlyrelatestojoint’sgeometryandmechanicsparameters,includingthejoint’sstrike,dipangle,location,thickness,stiffness,strengthetal.Howtodetermineanunderlyingjoi
8、nt’sc
