饱和土瑞雷波传播特性研究

应用层状介质瑞雷波相速度的频散特性不能很好实现加固软土路基质量评价，主要原因在于土体是一种多相孔隙介质，利用瑞雷波进行土体路基质量评价必须系统研究土体介质瑞雷波的传播特性。.以砂土和粘性土两类工程土为研究对象，对饱和土中瑞雷波的传播特性进行科学研究。具体内容包括：依据物理模拟准则进行瑞雷波土槽物理模拟；基于Biot双相孔隙介质理论进行交错网格有限差分数值模拟；并结合场地试验和土样颗粒测试结果，研究瑞雷波相速度、振幅以及衰减在饱和土不同孔隙度条件下的变化规律。.本研究旨在寻找表征饱和土体介质的瑞雷波动力学、运动学参数或综合参数，分析其物理机制，为利用瑞雷波进行饱和土体路基质量评价提供基础和依据。

本项研究通过综合应用物理模拟、数值模拟、土样颗粒测试与分析和典型实例试验等手段，研究两种土的传播特性，为利用瑞雷波进行饱和土体路基质量评价提供基础和依据。主要研究内容包括：全面收集、分析、处理已有资料，土样品采集、样品加工、土槽物理模拟试验和样品分析测试，进行物理模拟结合土样颗粒测试结果进行分析研究，选择场地进行实例试验研究；基于Biot各向同性饱和双相介质波动方程瑞雷波演模拟，并进行弹性介质勒夫波正演模拟。研究结果表明：（1）群速度较相速度对横波速度更敏感，敏感性频带范围分布更宽；尤其含低速夹层情况；（2）粘弹性层状模型中瑞雷波高阶模式截止频率变大，受层状介质的影响，瑞雷波衰减曲线不再是简单的线性关系，各个模式在高频处没有清晰的界限；（3）交错网格有限差分与应力映像法能很好地处理勒夫波正演模拟自由边界条件；当存在低速夹层（LVL）时，由于LVL低速层频散缺少，因此SH速度反演过程要尤为小心；当存在高速夹层（HVL）时，高阶模式波的能量在低频范围内非常弱，不能正确估计各模式的截止频率（cut-off frequency），且二、三阶高模式存在模式接吻现象（mode-closing）；（4）由于孔隙流体的存在，固体和流体之间的相互作用会弱化或硬化岩石的力学属性，从而引起瑞雷波相速度的频散和振幅衰减与弹性介质的差异性。这些研究为利用瑞雷波进行土体路基质量评价提供基础和依据。.研究过程中，参加了数次国内外与研究内容紧密相关的学术会议，提交会议摘要3篇；发表学术论文4篇（国外专业期刊SCI，四篇均为通讯作者，其中三篇第一作者，一篇第二作者），在2010年由SEG、AGU、EEGS联合出版的专著Advances in Near-surface Seismology and Ground-penetrating Radar中，撰写第三章Investigation and Use of Surface-wave Characteristics for Near-surface Applications（第二作者）；2010年获得第一届“刘光鼎地球物理青年科学技术奖”；2012年获得第一届“中国地球物理学会科学技术奖”（二等奖，个人排名第二）。