[發明專利]一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法

在審

• 申請號: 201910813689.2
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110515125A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 柴少波;李建春;李娜娜;戎立帆
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 61218 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 惠文軒<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立巖體中柱面波的平面分析模型，確定初始柱面波的波陣面特性及入射波時域方程；

步驟2，根據柱面波的幾何衰減，計算地表面上任一點處入射波的實時速度；考慮自由面上應力波的反射特性，得到該點處對應的反射P波和反射S波的實時速度；根據每個波的傳播方向、時間延遲和振動方向，推導出地表面任一點處由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振動速度；

步驟3，由于地表面相鄰兩點之間的振動速度差會引起表面波，計算由地表面相鄰兩點之間的振動速度差所引起表面波的速度；

步驟4，設定監測點為X₀，計算地表面上任一點處形成的表面波傳播至監測點處引起的地表振動速度；

步驟5，將所述由入射波和反射波共同作用引起的地表振動速度和所述表面波傳播至監測點處引起的地表振動速度進行疊加，得到監測點處的地表振動速度。

2.根據權利要求1所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，步驟1中，所述建立巖體中柱面波的平面分析模型為：地表面設為水平光滑的自由面，建立巖體中柱面波的xoy平面，其中，x軸為地表面，水平向右為正向，y軸豎直向下為正向，柱面波波源中心O’點在地表面上的投影為坐標原點O；所述初始柱面波的陣面特性為初始柱面波的陣面半徑。

3.根據權利要求1所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，步驟1中，若設定入射波的振幅為A₀，頻率為f，持續時間為t的半正弦P-波，則所述入射波時域方程為：v_0p(t)＝A₀ sin2πft(0≤t≤1/f)；

其中，v_0p(t)表示入射波的初始傳播速度。

4.根據權利要求1所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，步驟2中，所述柱面波的幾何衰減為柱面波在巖體中經過一定傳播時間后，其速度振幅隨傳播距離r的增大呈2次方衰減；具體為：任意一束入射波到達地表面任一點A時，其實時波速表達式為：其中，t₀為入射波從波源傳播到A點在巖體中所需的傳播時間，r_A為地表面點A的波陣面半徑。

5.根據權利要求1所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，所述自由面上應力波的反射特性具體為：任意一束應力波傳播至地表面時均會產生反射，形成反射P波和反射S波，且反射P波和反射S波的出射角滿足Snell定律。

6.根據權利要求5所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，所述Snell定律具體為：

設定反射P波的出射角為α，反射S波的出射角為β，則其中，v是完整巖石的泊松比，c_p和c_s分別為反射P波和反射S波在巖石中的傳播速度。

7.根據權利要求1所述的巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，其特征在于，步驟2中，所述反射P波和反射S波的實時波速表達式為：

其中，v_Rp(t)為反射P波的實時波速，v_Rs(t)為反射S波的實時波速；z_p＝ρc_p為反射P波的波阻抗，z_s＝ρc_s為反射S波的波阻抗，ρ為波傳播的巖石密度；上標-1為矩陣的逆，cp和cs分別為反射P波和反射S波在巖石中的的傳播速度；α和β分別為反射P波和反射S波的出射角；

所述地表面任一點處由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振動速度的表達式為：

其中，V_nb為由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振動速度的垂直分量，V_τb由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振動速度的水平分量；