地表可控振源激勵(lì)作用下的場(chǎng)地三維速度結(jié)構(gòu)反演.pdf

1、場(chǎng)地條件是引起地表震害和地震動(dòng)局部變化的主要因素，土層的剪切波速度結(jié)構(gòu)是描述局部場(chǎng)地條件的重要參數(shù)。速度結(jié)構(gòu)的探查一直是地震工程學(xué)和巖土工程學(xué)中一個(gè)重要的課題。研究發(fā)展一種不破壞環(huán)境，易于實(shí)現(xiàn)的原位探測(cè)方法一直是研究者探索的熱點(diǎn)?？煽卣裨磳?duì)輸入可控制，已成為目前國內(nèi)外表面波探測(cè)研究的一個(gè)重點(diǎn)。
　　本文回顧了場(chǎng)地剪切波速度結(jié)構(gòu)探測(cè)方法的研究歷程，對(duì)有源探測(cè)方法和無源探測(cè)方法分別進(jìn)行了總結(jié)，分析了目前反演場(chǎng)地剪切波速度結(jié)構(gòu)研究的現(xiàn)狀

2、。介紹了Rayleigh波相速度頻散曲線的提取方法，提出了本文要研究的內(nèi)容。之后，簡要介紹了中美唐山聯(lián)合觀測(cè)的場(chǎng)地、設(shè)備及臺(tái)陣布設(shè)方式等，并展示了部分觀測(cè)記錄。
　　應(yīng)用三維波動(dòng)有限元方法模擬了可控振源作用下的場(chǎng)地波場(chǎng)，并與實(shí)際觀測(cè)記錄進(jìn)行了對(duì)比。在簡化的基礎(chǔ)上，發(fā)展了從可控振源觀測(cè)記錄中提取Rayleigh波相速度頻散曲線的方法，通過比較從模擬記錄中提取的、從實(shí)際觀測(cè)記錄中提取的與從圓形臺(tái)陣記錄中提取的Rayleigh波相速度頻

3、散曲線，為反演速度結(jié)構(gòu)確定了目標(biāo)函數(shù)。通過不同場(chǎng)地模型的敏感性分析，探討了土層參數(shù)對(duì)Rayleigh波相速度頻散曲線的影響，表明剪切波速度結(jié)構(gòu)的影響最大，據(jù)此選定了反演的主要參數(shù)。進(jìn)一步分析、說明Rayleigh波相速度頻散曲線能夠反映軟夾層或硬夾層的存在。土層三維速度結(jié)構(gòu)對(duì)Rayleigh波相速度頻散影響的探討表明三維速度結(jié)構(gòu)對(duì)Rayleigh波相速度頻散曲線有一定的影響。
　　對(duì)場(chǎng)地剪切波速度結(jié)構(gòu)的反演方法進(jìn)行了簡要的總結(jié)，指

4、出遺傳算法具有許多優(yōu)點(diǎn)、得到廣泛的應(yīng)用。為了突破運(yùn)算速度這一反演計(jì)算的瓶頸，克服傳統(tǒng)遺傳算法收斂速度慢且容易陷于局部極值的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種粗粒度的并行遺傳算法，由一臺(tái)主機(jī)對(duì)并行算法的開始和結(jié)束進(jìn)行控制，并負(fù)責(zé)分配種群，對(duì)各從機(jī)發(fā)回的最優(yōu)個(gè)體進(jìn)行比較，確定出最優(yōu)個(gè)體。在此基礎(chǔ)上改寫了串行遺傳算法程序，在WindowsXP環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了MPICH函數(shù)庫與Fortran語言的連接，實(shí)現(xiàn)了遺傳算法的并行化。在4節(jié)點(diǎn)的PC集群上通過簡單模型對(duì)所設(shè)計(jì)

5、的并行遺傳算法進(jìn)行了驗(yàn)算，從結(jié)果上看所設(shè)計(jì)的并行遺傳算法提高了運(yùn)算效率，且收斂于最優(yōu)解。
　　為評(píng)價(jià)所發(fā)展的反演方法的可靠性和有效性，利用五個(gè)土層模型和兩個(gè)實(shí)際場(chǎng)地進(jìn)行了虛擬反演，給定各土層的厚度和重度，只反演場(chǎng)地的剪切波速度結(jié)構(gòu)，對(duì)方法的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證。之后，利用中美唐山聯(lián)合可控振源觀測(cè)中可控振源激勵(lì)的臺(tái)陣實(shí)際觀測(cè)記錄，反演了唐山的兩個(gè)場(chǎng)地的剪切波速度結(jié)構(gòu)，并與鉆孔法測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)反演的結(jié)果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。