Физические процессы взаимодействия, сопровождающие распространение поверхностной сейсмической волны в грунтах
Диссертация
Одним из перспективных направлений для развития темы представляется исследование влияния процессов взаимодействия, сопровождающего распространение поверхностных сейсмических волн, на условия комфортного проживания человека. В многочисленных публикациях приводятся сведения о негативном влиянии поверхностных волн на инженерно-технические сооружения, в том числе жилые постройки. Известно, что волны… Читать ещё >
Список литературы
- Адушкин В.В., Спивак А. А., Овчинников В. М. и др., Геоэкологический контроль за геофизическими полями мегаполиса // Геоэкология, 1995, № 2, 44−56
- Алексеев А.С., Геза Н. И., Глинский Б. М. и др., Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками. Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, 2004
- Алексеев А.С., Глинский Б. М., Ковалевский В. В. и др., Взаимодействие акустических и сейсмических волн при вибросейсмическом зондировании // Труды ВЦ СО РАН. Мат. модел. в геофизике, т. 3, Новосибирск, 1994,3−11
- Аки К., Ричарде П., Количественная сейсмология. М: Мир, 1983
- Бархатов В.А., Решение волновых уравнений методом конечных разностей во временной области. Двумерная задача. Основные соотношения: Дефектоскопия, 2007, № 9
- Бат М., Спектральный анализ в геофизике. М: Недра, 1980
- Береснев И.А., Митлин B.C., Николаевский В. Н., Роль коэффициента нелинейности при возбуждении доминантных сейсмических частот // ДАН СССР. 1991. Т. 317. № 5
- Болотин В.В. ред., Колебания линейных систем: Вибрации в технике. Том 1. М: Машиностроение, 1978
- Брагов А. М, Ломунов А. К., Деменко П. В., Исследование физико-механических свойств мягких грунтов при ударе // Труды VI Забабахин-ских научных чтений. ВНИИТФ, 2001
- Бреховских Л.М., Годин О. А., Акустика слоистых сред. М: Наука, 1989
- Бубнов Е.Я. и др., Исследование волновой структуры движущихся непрерывных сейсмических источников // Физика Земли, 2001, № 10, 71−75
- Викторов И.А., Звуковые и поверхностные волны в твердых телах. М: Наука, 1981
- Гальперин Е.Н., Ситников А. В., Кветинский С. И., Опыт и результаты экспериментального изучения высокочастотных сейсмических шумов // Изв. АН СССР. Физика Земли, 1989, с. 99−109
- Гринченко В.Т., Мелешко В. В., Гармонические колебания и волны в упругих телах. Киев: Наукова думка, 1981
- Гурвич И.И., Боганик Г. Н., Сейсмическая разведка. М: Недра, 1980
- Гольдштейн М.Н., Механические свойства грунтов. М: Стройиздат, 1971
- Далматов Б.И., Механика грунтов, основания и фундаменты. JI: Стройиздат, 1988
- Динариев О.Ю., Николаевский В. Н., Колебания с высокой добротностью в слоистой упругой среде // Акустический журнал, 2005, т. 51, № 5, 623−627
- Добеши И., Десять лекций по вейвлетам. Ижевск, 2001
- Ерофеев В.И., Кажаев В.В, Семерикова Н. П., Волны в стержнях. Дисперсия. Диссипация. Нелинейность. М: Физматлит, 2002
- Железняков В.В., Комаровский В. В., Кочаровский Вл.В., Линейное взаимодействие электромагнитных волн в неоднородных слабоанизотропных средах// Успехи физических наук, 1983, № 141, с. 257
- Завадский В.Ю., Вычисление волновых полей в открытых областях и волноводах. М: Наука, 1972
- Зайцев В.Ю., О «неклассических» проявлениях микроструктурно-обусловленной акустической нелинейности на примере контакто-содержащих сред // Нелинейные волны 2006, под ред. Гапонов-Грехов А.В., Некор-кин В. И. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2007, 170−190
- Зайцев В.Ю., Гурбатов С. Н., Прончатов-Рубцов Н.В., Нелинейные акустические явления в структурно-неоднородных средах. Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2009
- Заславский Г. М., Мейтлис В. П., Филоненко Н. Н., Взаимодействие волн в неоднородных средах, Новосибирск: Наука, 1982
- Заславский Г. М., Сагдеев Р. З., Введение в нелинейную физику: от маятника до турбулентности и хаоса, М: Наука, 1988
- Каляшин С.В., Изменение спектрального состава поверхностной упругой волны в грунте // Технологии сейсморазведки, 2008, № 1
- Каляшин С.В., Особенности спектрального состава поверхностной сейсмической волны при возбуждении и распространении // Геофизика, 2008, № 4
- Каляшин С.В., Взаимодействие компонент поверхностной сейсмической волны // Тезисы докладов межвузовской научно-практической конференции преподавателей, студентов, аспирантов и молодых ученых. Дубна: Университет «Дубна», 2009
- Каляшин С.В., Эффект волнового взаимодействия, наблюдаемый при 3-компонентной регистрации и моделировании поверхностной волны в грунте // Геофизика, 2010, № 2
- Каляшин С.В., Изменение характеристик сейсмических волн при многократном воздействии ударного источника на грунт // Электронное научное издание «ГЕОразрез», 2010
- Кауфман А.А., Левшин А. Л., Акустические и упругие поля в геофизике: Введение в теорию геофизических методов. Том 5, М: Недра, 2006
- Ковалевский В.В., Исследование акустосейсмических волновых полей, генерируемых поверхностными сейсмическими вибраторами // Акустический журнал, 2005, т. 51, 104−114
- Крауклис А.П., Крауклис П. В., Фатьянов А. Г., Резонансные волны в средах с ослабленными границами // Записки научных семинаров ПОМИ, 2008, т. 354
- Кузнецов В.В., Сильные движения грунта при взаимодействии поверхностных и акустических волн вблизи мощного сейсмовибратора
- Кузнецов O.JI., Графов Б. М., Сунцов А. Е., Арутюнов С. Л., Технология АНЧАР. О теории метода // Геофизика, 2003, Спецвыпуск, 103−107
- Кузнецов O. JL, Чиркин И. А., Курьянов Ю. А. и др., Сейсмоакустика пористых и трещиноватых геологических сред. Том 2. М: ВНИИгеосистем, 2004
- Куликовский А.Г., Погорелов Н. В., Семенов А. Ю., Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М: Физ-матлит, 2001
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М., Теория упругости: Теоретическая физика. Том 7. М: Наука, 1987
- Лиит Л.Д., Сейсмические явления при испытании атомной бомбы // Успехи физических наук, 1947, т. XXXI, вып. 2, 264−277
- Митлин B.C., Николаевский В. Н., Нелинейные поверхностные волны в средах со сложной реологией // Собрание трудов. Геомеханика. Земная кора. Нелинейная сейсмика. Вихри и ураганы. Том 2, М: НИЦ РХД, 2010
- Монахов Ф.И., Низкочастотный сейсмический шум Земли. М: Наука, 1997, с. 96
- Николаевский В.Н., Геомеханика и флюидодинамика. М: Недра, 1996
- Новацкий В., Теория упругости. М: Мир, 1975
- Оден Дж., Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М: Мир, 1976
- Озеров Д.К., Волин А. П., Теоретико-экспериментальное исследование волн Лява // Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн. Под ред. Петрашень Г. И, Сборник 2, 1959
- Павленко О.В., Самомодуляция сейсмических волн в приповерхностных грунтах // Доклады Академии наук, 2007, т. 414, № 5, 676−682
- Петрашень Г. И, Решетников В. В., Разработка инженерных подходов к изучению интерференционных волновых полей, возбуждающихся в пачках тонких упругих слоев // Записки научных семинаров ПОМИ, 1999, т. 253
- Петрашень Г. И, Распространение сейсмических волновых полей в слоистых средах // Записки научных семинаров ПОМИ, 2000, т. 273
- Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Вторая региональная научно-техническая конференция. Петропавловск-Камчатский, 2009. Тезисы докладов. Петропавловск-Камчатский: ГС РАН, 2009
- Руденко О.В., Солуян С. И., Теоретические основы нелинейной акустики, М: Наука, 1975
- Савиных Ю.А., Музипов Х. Н., Кузнецов О. Л., Создание помехозащищен-ного канала для передачи забойной информации с помощью подавления шумов стоячими звуковыми волнами // Нефтяное хозяйство, 2007, № 1
- Самарский А.А., Введение в теорию разностных схем, М: Наука, 1971
- Смирнова Н.С., Сурков Ю. А., Классическая и обобщенная задачи Лява в области низкочастотных интерференционных волн сигнального типа // Записки научных семинаров ПОМИ, 1999, т. 253
- Сурков Ю.А., Решетников В. В., Численное исследование свойств квазилокальных плоских волн модального типа в случае тонкого низкоскоростного упругого слоя, контактирующего с упругим полупространством // Записки научных семинаров ПОМИ, 2004, т. 308
- Трофимов В.Т., Зилинг Д. Г., Барабошкина Т. А. и др., Трансформация экологических функций литосферы в эпоху техногенеза. М: Ноосфера, 2 006 149
- Хмелевской В.К., Попов М. Г., Калинин А. В. и др., Геофизические методы исследования. М: Недра, 1988
- Шагинян А.С., Циммерман В.В, Гинзбург B.C., Развитие методов теоретического анализа динамики процесса излучения сейсмических волн вибрационным источником // Нефтегазовая геология и геофизика, 1983, № 10, 14−15
- Шнеерсон М.Б., Майоров В. В., Наземная невзрывная сейсморазведка, М. Недра, 1988
- Яновская Т.Б., Методика поверхностно-волновой томографии, основанная на использовании данных от удаленных землетрясений // Физика Земли, № 3, 2009, 50−55
- Al-Eqabi G.I., Herrmann R.B., Ground Roll: A potential tool for constraining shallow shear wave structure // Geophysics, 1993, № 58, 713−719
- Allen R.L., Mills D.W., Signal analysis. Time, frequency, scale and structure. Wiley, 2004
- Azimi Sh.A., Kalinin A.V., Kalinin V.V., Pivovarov B.L., Impulse and transient characterictics of media with linear and quadratic absorption laws // Isvestia Physics of the Solid Earth, AGU, 1968, 88−93
- Badri M., Mooney H.A., Q measurements from compressional waves in unconsolidated media// Geophysics, 1978, № 52, 772−784
- Berenger J.-P., A perfectly matched layer for absorption of electromagnetic waves // Journal of Computational Physics, 1994, № 114
- Bukchin B.G., Yanovskaya T.B., Montagner J.-P. et al., Surface wave focusing effects: Numerical modeling and statistical observations // Physics of the Earth and Planetary Interiors, № 155, 2006, 191−200
- Dorman J., Ewing M., Numerical inversion of seismic surface wave dispersion data and crust-mantle structure in the New York-Pennsylvania area // J. Geo-phys. Res., 1962, № 67, 5227−5241
- Dorman J., Ewing W. M., Olivier J., Study of the shear-velocity distribution in the upper mantle by mantle Rayleigh waves // Bulletin of the Seismological Society of America, 1960, 50, 87−115
- Drijkoningen et al., The usefulness of geophone ground-coupling experiments to seismic data // Geophysics, 2000, v. 65, № 6, 1780−1787
- Drijkoningen et al., A new elastic model for ground coupling of geophones with spikes // Geophysics, 2006, v. 71, № 2, Q9-Q17
- Ewing W. M., Jardetzky W. S., Press F., Elastic waves in layered media, New York: McGraw Hill, 1957
- Goforth Т., Hayward C., Seismic reflection investigations of a bedrock surface buried under alluvium//Geophysics, 1992, № 57, 1217−1227
- Havskov J., Alguacil G., Instrumentation in Earthquake Seismology // Modem Approaches in Geophysics, 2004, № 22, Springer
- Hoover G.M., O’Brien J.T., The influence of the planted geophone on seismic land data // Geophysics, 1980, № 45, 1239−1253
- Huerta-Lopez C.L., Shin Y., Powers E.J., Roesset J.M., Time-Frequency analysis of earthquake records // 12th World Conference on Earthquake Engineering, 2000
- Jongmans D., Demanet D., The importance of surface waves in vibration study and the use of Rayleigh waves for determining the dynamic characteristics of soils // Engineering Geology, 1993, № 34, 105−113
- Jones R., Surface wave technique for measuring the elastic properties and thickness of roads: Theoretical development // British Journal of Applied Physics, 1962, № 13,21−29
- Knopoff L., Observation and inversion of surface wave dispersion // Tectono-physics, 1972, № 13, 497−519
- Krohn Ch. E., Geophone ground coupling // Geophysics, 1984, № 49, 772−731
- Lacoss R.T., Kelly E.J., Toksoz M.N., Estimation of seismic noise structure using arrays // Geophysics, 1969, № 34, 21−38
- Lamb H., On the propagation of tremors over the surface of an elastic solid // Phil. Trans. R. Soc., 1904, v. A203, 1−42
- Leet L.D., Empirical investigation of surface waves generated by distant earthquakes // Publications of the Dominion Observatory, Ottawa, 1931, v. 7
- Li Y., Zheng X., Wigner-Ville distribution and its application in seismic attenuation estimation // Applied Geophysics, 2007, v. 4, № 4, 245 254
- Love A.E.H., Some problems of geodynamics, Cambridge: University Press, 1911
- Matthews M.C., Hope V.S., Clayton C.R.I., The use of surface waves in the determination of ground stiffness profiles // Proc. Instn. Civ. Engrs. Geotech. Engng., 1996, № 119, 84−95
- Miller G.F., Pursey H., On the partition of energy between elastic waves in a semi-infinite solid // Proceedings of the Royal Society, 1955, v. A233, 55−59
- Milsom J., Field geophysics. Wiley, 2003
- Nazarian S., In situ determination of elastic moduli of soil deposits and pavement systems by spectral-analysis-of-surface-waves method. Ph.D. Dissertation, 1984, The University of Texas at Austin
- Park C.B., Miller R.D., Ivanov J., Filtering surface waves
- Park C.B., Miller R.D., Xia J., Multichannel analysis of surface waves // Geophysics, 1999, № 64, 800−808
- Pelton J.R., Near-Surface Seismology: Surface-Based Methods // Near-surface Geophysics, 2005, № 13, 242−247
- Plona T.J., Observation of a second bulk compressional wave in a porous medium at ultrasonic frequencies // Appl. Phys. Let., 1980, № 36, 259
- Rayleigh J.W., On waves propagated along the plane surface of an elastic solid // Proc. Lond. Math. Soc., 1885, 17, № 253, 4−11
- Richart F.E., Hall J.R., Woods R.D., Vibrations of soils and foundations, Prentice-Hall, 1970
- Saenger E.H., Gold N., Shapiro S.A., Modeling the propagation of the elastic waves using a modified finite-difference grid // Wave motion, 2000, № 31 152
- Sezawa К., Dispersion of elastic waves propagated on the surface of stratified bodies and on curved surfaces // Bull. Earthquake Res. Inst. Tokyo, 1927, v. 3, 1−18
- Socco L.V., Strobbia C., Surface-wave method for near-surface characterization: a tutorial //Near Surface Geophysics, 2004, № 2,165−185
- Stokoe К. H., Rix G. J., Nazarian S., In Situ Seismic Testing with Surface Waves // In Proc. XII Intl. Conf. on Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1989,331−334
- Stoneley R., Elastic waves at the surface of separation of two solids // Proc. Royal Soc., 1924, vol. A106, 416−428 .
- Stumpel H., Kahler S., Meissner R., Milkereit В., The use of seismic shear waves and compressional waves for lithological problems of shallow sediments // Geophysical Prospecting, 1984, № 32, 662−675
- Tokimatsu K., Kuwayama S., Tamura S., Miyadera Y., Vs determination from steady state Rayleigh wave method // Soils and Foundations, 1991, v.31, № 2,• 153−163.
- Van der Poel C., Dynamic testing of road constructions // J. appl. Chem., 1 July, 1951
- Van Vossen R., Curtis A., Laake A., Trampert J., Surface-consistent deconvolu-tion using reciprocity and waveform inversion // Geophysics, 2006, № 71, 1930
- Virieux J., P-SV wave propagation in heterogeneous media // Velocity-stress finite difference method // Geophysics, 1986, № 51, 889−901
- Willis D.E., DeNoyer J.M., Seismic attenuation and spectral measurements from the Lake Superior experiment // Am. Geophys Union. Geophys Monogr., v. 10,218−226
- Winkler K.W., Murphy W.F., Acoustic velocity and attenuation in porous rocks // Rock physics and phase relations, ed. Ahrens T.J., AGU, 19 951. Условные обозначения1. Обозначение Наименованиеt Время
- X Горизонтальная координата, расстояние
- У Горизонтальная координатаz Вертикальная координата, глубинаh Толщина слояf Частотасо Угловая частота1. X Длина волныи Вектор смещения частиц
- V Вектор скорости смещения частицр Плотность1. К ц Постоянные Ламе
- В Модуль объемной деформацииц Модуль сдвига1. V Коэффициент Пуассона1. Vp Скорость Р-волны1. Vs Скорость S-волны1. Vr Скорость волны Рэлеяvsx Скорость волны Стоунли
- V Вертикальная компонента ЗС-записит Поперечная компонента ЗС-записи
- R Продольная компонента ЗС-записиfd Доминантная частота
- Pd Доминантный пространственный период1. Подписи к рисункам
- Рисунок 1. Динамические диаграммы для суглинка (по 9.).24
- Рисунок 2. Взаимодействие волн на границе полупространства.30
- Рисунок 3. Зависимость коэффициента отражения Р-волн на свободной границепо 10.).32
- Рисунок 4. Амплитуды смещений в волне Рэлея (по 14.).35
- Рисунок 5. Зависимость средней по времени плотности энергии в волне Рэлеяот глубины (по 14.).36
- Рисунок 6. Слой на полупространстве.37
- Лява на границе твёрдое полупространство твёрдый слой.39
- Рисунок 8. Пересечение решений (по 26.).42
- Рисунок 9. Блочная схема построения измерительной системы.49
- Рисунок 10. Спектральные искажения при измерении: а — спектр источника, б, в, г передаточные функции среды, датчика и регистратора, д — спектрпринятого сигнала.511. Рисунок 11. Источник.52
- Рисунок 12. Амплитудный спектр источника S0.53
- Рисунок 13. Устройство датчика.54
- Рисунок 14. АЧХ сейсмодатчика.55
- Рисунок 15. ФЧХ сейсмодатчика.55
- Рисунок 16. АЧХ для среды.57
- Рисунок 17. ФЧХ для среды.57
- Рисунок 18. Влияние контакта на АЧХ датчика.59
- Рисунок 19. Влияние контакта на ФЧХ датчика.59
- Рисунок 20. Электрическая схема регистратора.61
- Рисунок 21. Состав верхнего слоя грунта: А почвенный слой, Б — слойподзолов, В слой суглинков.64
- Рисунок 22. Схема проведения эксперимента.64
- Рисунок 23. Стэк из 10 последовательных импульсов источника, измеренных вертикальной (V), поперечной (Т) и продольной ® компонентами датчика прих = 1 м.67
- Рисунок 24. Зависимость нормированных волновых компонент, регистрируемых на расстоянии х = 1 м, от числа импульсов. Пунктирные линиипоказывают сглаженные значения.68
- Рисунок 25. Стэк 50 импульсов источника (каждого 10-го из 500), измеренных вертикальной (V), поперечной (Т) и продольной ® компонентами датчика прих = 1 м. Черным цветом выделены первые 12 импульсов.70
- Рисунок 26. Наблюдаемые сейсмические волны: А поверхностная, В -прямая, С — преломленная, D — отраженная, Е — рефрагированная, F — каналовая.72
- Рисунок 27. Оконное спектральное оценивание Фурье.81
- Рисунок 28. Фрагмент ЗС-записи с сигналом от источника (1) и тот же сигналпосле накопления (2).87
- Рисунок 29. Фильтрация по кажущимся скоростям.88
- Рисунок 30. Сейсмограммы продольной ®, вертикальной (V) и поперечной (Т)компонент поля скорости смещений в поверхностной волне.90
- Рисунок 31. Дисперсионные кривые волн Рэлея.91
- Рисунок 32. Дисперсионные кривые по многоканальным данным для V-, Т- и Rкомпонент.93
- Рисунок 33. Проникновение поверхностных волн.95
- Рисунок 34. Вейвлетное представление импульсов поверхностной волны нарасстоянии 20 м.97
- Рисунок 35. Полярограммы смещений в волне: а — х=1 м, t=050 мс, б — х—20 м, t=0-^-50 мс, в — х=20 м, t=50-H00 мс. По осям отложены относительные единицы длины. Ось х направлена вдоль профиля наблюдения, ось у поперек, ось zвверх.98
- Рисунок 36. Амплитудные спектры компонент на расстоянии 1 м от источника.100
- Рисунок 37. Спектры компонент: 1 на расстоянии 1 м от источника, 2 — нарасстоянии 20 м.101
- Рисунок 38. Область формирования волны.101
- Рисунок 39. Спектры компонент на расстояниях 1, 20, 30, 40 и 50 м.104
- Рисунок 40. Зависимость энергии волновых компонент от расстояния.106
- Рисунок 41. Экспериментальная зависимость энергии (по данным S. Foti.). 107
- Рисунок 42. Спектрограмма SR (f, x) продольной компоненты колебаний.109
- Рисунок 43. Спектрограмма Sv (f, x) вертикальной компоненты колебаний. 109
- Рисунок 44. Спектрограмма ST (f, x) поперечной компоненты колебаний.109
- Рисунок 45. Зависимость энергии волновых компонент в полосе 50 70 Гц отрасстояния.111
- Рисунок 46. Прямая сумма спектрограмм всех компонент.112
- Рисунок 47. Динамика воздействия на грунт движущегося человека: а — положение центра масс, б циклограмма, в, г — опорная реакция при ходьбе ибеге (по данным Н. А. Берштейна).113
- Рисунок 48. Спектрограмма Sv шага человека.114
- Рисунок 49. Модель среды.119
- Рисунок 50. Сейсмограммы компонент поля скоростей v, (а) и v2 (б).120
- Рисунок 51. Спектрограмма ^(У,*) продольной компоненты v,.121
- Рисунок 52. Спектрограмма S2(f, х) вертикальной компоненты v2.121
- Рисунок 53. Зависимость fd и Pd от толщины слоя h.122
- Рисунок 54. Принцип формирования пространственного периода.124
- Рисунок 55. Модель среды с заглубленным объектом.126
- Рисунок 56. Сейсмограммы вдоль профиля над заглубленным объектом: апродольной, б вертикальной компоненты.126
- Рисунок 57. Спектрограммы для поиска заглубленного объекта: а — попродольной, б — по вертикальной компоненте.127
- Рисунок 58. Участок охраняемой территории.137
- Рисунок 59. Охраняемая территория.138
- Рисунок 60. Структура пространственной вычислительной сетки: а -стандартная (по Virieux 107.), б с повернутыми осями (по Saenger [98]). 143 Рисунок 61. Применение PML к вычислительной сетке.144с/'