地表可控振源激勵作用下的場地三維速度結構反演.pdf

1、場地條件是引起地表震害和地震動局部變化的主要因素，土層的剪切波速度結構是描述局部場地條件的重要參數。速度結構的探查一直是地震工程學和巖土工程學中一個重要的課題。研究發(fā)展一種不破壞環(huán)境，易于實現的原位探測方法一直是研究者探索的熱點?？煽卣裨磳斎肟煽刂?，已成為目前國內外表面波探測研究的一個重點。
　　本文回顧了場地剪切波速度結構探測方法的研究歷程，對有源探測方法和無源探測方法分別進行了總結，分析了目前反演場地剪切波速度結構研究的現狀

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容。之后，簡要介紹了中美唐山聯(lián)合觀測的場地、設備及臺陣布設方式等，并展示了部分觀測記錄。
　　應用三維波動有限元方法模擬了可控振源作用下的場地波場，并與實際觀測記錄進行了對比。在簡化的基礎上，發(fā)展了從可控振源觀測記錄中提取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、從實際觀測記錄中提取的與從圓形臺陣記錄中提取的Rayleigh波相速度頻

3、散曲線，為反演速度結構確定了目標函數。通過不同場地模型的敏感性分析，探討了土層參數對Rayleigh波相速度頻散曲線的影響，表明剪切波速度結構的影響最大，據此選定了反演的主要參數。進一步分析、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。土層三維速度結構對Rayleigh波相速度頻散影響的探討表明三維速度結構對Rayleigh波相速度頻散曲線有一定的影響。
　　對場地剪切波速度結構的反演方法進行了簡要的總結，指

4、出遺傳算法具有許多優(yōu)點、得到廣泛的應用。為了突破運算速度這一反演計算的瓶頸，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，設計了一種粗粒度的并行遺傳算法，由一臺主機對并行算法的開始和結束進行控制，并負責分配種群，對各從機發(fā)回的最優(yōu)個體進行比較，確定出最優(yōu)個體。在此基礎上改寫了串行遺傳算法程序，在WindowsXP環(huán)境下實現了MPICH函數庫與Fortran語言的連接，實現了遺傳算法的并行化。在4節(jié)點的PC集群上通過簡單模型對所設計

5、的并行遺傳算法進行了驗算，從結果上看所設計的并行遺傳算法提高了運算效率，且收斂于最優(yōu)解。
　　為評價所發(fā)展的反演方法的可靠性和有效性，利用五個土層模型和兩個實際場地進行了虛擬反演，給定各土層的厚度和重度，只反演場地的剪切波速度結構，對方法的各個環(huán)節(jié)進行了測試和驗證。之后，利用中美唐山聯(lián)合可控振源觀測中可控振源激勵的臺陣實際觀測記錄，反演了唐山的兩個場地的剪切波速度結構，并與鉆孔法測試的結果進行了對比，對反演的結果進行了評價。