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弹性波CT在大体积混凝土无损检测中的应用

人民长江 2003年第11期34卷 23-25页

作者：宋先海黄荣荣长江水利委员会长江工程地球物理勘测研究院湖北武汉430010

阐述了弹性波CT检测混凝土质量的基本原理及其反演重建算法,并结合某大型水电工程探测实例,分析了该方法的有效性。实例分析结果表明,弹性波CT用于大体积混凝土质量无损检测,不但具有探测结果直观、可靠性高等优点,而且能满足高精度和... 详细信息

阐述了弹性波CT检测混凝土质量的基本原理及其反演重建算法,并结合某大型水电工程探测实例,分析了该方法的有效性。实例分析结果表明,弹性波CT用于大体积混凝土质量无损检测,不但具有探测结果直观、可靠性高等优点,而且能满足高精度和高分辨率精细探测的要求,在大体积混凝土质量无损检测中具有广阔的应用前景。

关键词：弹性波反演重建算法大体积混凝土无损检测

瑞雷波有限差分数值模拟中不同自由表面边界条件的对比

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石油地球物理勘探 2017年第6期52卷 1156-1169页

作者：袁士川宋先海蔡伟胡莹鲁鹏中国地质大学地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 地球内部多尺度成像湖北省重点实验室湖北武汉430074

自由表面边界条件是决定瑞雷波数值模拟效果的关键因素。本文基于标准交错网格高阶有限差分法,在二维各向同性弹性介质背景下,针对应力镜像法(SIM)、改进应力镜像法(MSIM)、横向各向同性介质替换法(MS)和声学—弹性边界近似法(AEA)等四... 详细信息

自由表面边界条件是决定瑞雷波数值模拟效果的关键因素。本文基于标准交错网格高阶有限差分法,在二维各向同性弹性介质背景下,针对应力镜像法(SIM)、改进应力镜像法(MSIM)、横向各向同性介质替换法(MS)和声学—弹性边界近似法(AEA)等四种最具代表性的自由表面边界条件进行了数值模拟,并在均匀半空间模型中从波场快照、波形曲线和频散曲线三个角度进行了对比分析。在相同条件下,上述四种方法均能生成符合勘探地球物理规律的波场快照,各自对应的数值解与解析解的拟合误差都随网格剖分精度的提高而减小,SIM和AEA数值模拟的稳定性和精度都明显高于MSIM和MS。基于层状介质模型的进一步研究表明:对于简单模型,SIM和AEA都能得到比MSIM和MS更高精度的数值模拟结果;对于复杂模型,AEA的精度最高,是最适合瑞雷波数值模拟的自由表面边界条件。

关键词：瑞雷波有限差分模拟自由表面边界条件应力镜像法声学—弹性边界近似法

基于萤火虫和蝙蝠群智能算法的瑞雷波频散曲线反演

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地球物理学报 2018年第6期61卷 2409-2420页

作者：蔡伟宋先海袁士川胡莹中国地质大学地球物理与空间信息学院武汉430074 中国地质大学(武汉)湖北省地球内部多尺度成像重点实验室武汉430074

反演瑞雷波频散曲线能有效获取地层横波速度和厚度.但由于其高度的非线性、多参数、多极值等特点,传统的全局搜索方法易出现收敛速度慢、早熟收敛及搜索精度低的问题.鉴于此,本文提出并测试了基于萤火虫优化算法(FA)和带惯性权重的蝙蝠... 详细信息

反演瑞雷波频散曲线能有效获取地层横波速度和厚度.但由于其高度的非线性、多参数、多极值等特点,传统的全局搜索方法易出现收敛速度慢、早熟收敛及搜索精度低的问题.鉴于此,本文提出并测试了基于萤火虫优化算法(FA)和带惯性权重的蝙蝠优化算法(WBA)的新的瑞雷波频散曲线反演策略.在瑞雷波频散曲线反演中,FA全局搜索能力强,但后期搜索精度低,而WBA局部搜索能力强,搜索精度高,但易出现早熟收敛.故本文将二者结合,提出了一种新的优化策略,称其为WFBA,即在反演前期使用FA,后期使用WBA,很好地解决了FA后期搜索精度低及WBA早熟收敛的问题.本文首先反演了三个典型理论模型的无噪声、含噪声的数据,验证了WFBA对瑞雷波数据反演的有效性与稳定性.然后将WFBA与WBA、FA单独反演以及不含惯性权重的FBA和粒子群优化算法(PSO)反演的结果进行了对比,说明了WFBA相对于WBA、FA、FBA和PSO具有更稳定、收敛速度更快、求解精度更高等优点.最后,反演了来自美国怀俄明地区的实测资料,检验了WFBA对瑞雷波数据反演的实用性.理论模型试算和实测资料分析表明,WFBA很适用于瑞雷波频散曲线的定量解释,具有很高的实用性价值.

关键词：瑞雷波频散曲线萤火虫优化算法蝙蝠优化算法粒子群优化算法

用瞬态瑞雷波反演横波速度评价高速公路压碾效果

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地质科技情报 2001年第2期20卷 100-102页

作者：顾汉明宋先海刘江平张学强中国地质大学地球物理系湖北武汉430074

在高速公路质量检测中 ,路堤土压实度是衡量土方路基重要的质量指标 ,提出了提高压实度计算精度的处理流程 ,应用τ-p变换提取面波 ,获取高信噪比的频散曲线 ,采用瞬态面波反演横波速度 ,提高横波速度计算精度 ,进而计算压实度。用上述... 详细信息

在高速公路质量检测中 ,路堤土压实度是衡量土方路基重要的质量指标 ,提出了提高压实度计算精度的处理流程 ,应用τ-p变换提取面波 ,获取高信噪比的频散曲线 ,采用瞬态面波反演横波速度 ,提高横波速度计算精度 ,进而计算压实度。用上述方法对商开高速公路振冲压碾效果进行了无损检测。

关键词：瑞雷波法高速公路质量反演算法无损检测路堤土压实度压碾效果

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新的瑞雷波多模式频散曲线反演目标函数

地球科学（中国地质大学学报） 2017年第9期42卷 1608-1622页

作者：蔡伟宋先海袁士川胡莹中国地质大学地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 中国地质大学湖北省地球内部多尺度成像重点实验室湖北武汉430074

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模... 详细信息

反演瑞雷波频散曲线能有效地获取横波速度和地层厚度,传统的多模式瑞雷波频散曲线反演需要正确的模式判别.然而,当地层中含有低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂结构时,瑞雷波可能会出现"模式接吻"和"模式跳跃"等现象,这些现象极易造成模式误判,进而导致错误的反演结果;同时,传统的频散曲线反演方法需要进行求根运算,进而导致现有的瑞雷波非线性反演速度慢,运算时间长.鉴于此,对传统的Haskell-Thomson频散曲线正演模拟算法进行了改进,提出了一种新颖有效的目标函数.该目标函数直接利用实测频散曲线与迭代更新模型频散函数表面形状进行最佳拟合,无需将多模式频散数据归于特定的模式,可有效避免多模式瑞雷波频散曲线反演模式误识别;同时,该目标函数不需要求根运算,进而大大加快了非线性反演速度.基于粒子群优化算法,利用实际工作中经常遇到的3种典型理论地质模型和某一高速公路路基实测资料进行了理论模型试算和实例分析,检验了本文提出的瑞雷波多模式频散曲线反演新方法的有效性和实用性.

关键词：瑞雷波多模式频散曲线模式接吻模式跳跃模式误判粒子群优化算法地球物理

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瑞雷面波频散曲线的粒子群蚁群混合优化反演

石油地球物理勘探 2022年第2期57卷 303-310,356,I0003页

作者：王一鸣宋先海张学强中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)湖北省地球内部多尺度成像重点实验室湖北武汉430074

应用瑞雷面波频散曲线反演地下介质的横波速度剖面是面波勘探的重要步骤之一。传统线性反演方法已不能满足物探工程的要求,非线性的反演方法成为研究热点。文中将基于粒子群优化算法和蚁群优化算法的非线性混合优化算法应用于瑞雷面波... 详细信息

应用瑞雷面波频散曲线反演地下介质的横波速度剖面是面波勘探的重要步骤之一。传统线性反演方法已不能满足物探工程的要求,非线性的反演方法成为研究热点。文中将基于粒子群优化算法和蚁群优化算法的非线性混合优化算法应用于瑞雷面波频散曲线反演,获得横波速度剖面。该算法利用信息素引导机制更新粒子的早期位置,充分结合了粒子群优化算法对全局最优解的引导策略和蚁群优化算法的局部搜索能力,克服了粒子群算法在群体处于平衡状态时粒子群更新停滞不前和蚁群算法对多极值函数求解时收敛早熟的缺点。通过对多种理论模型频散曲线的反演,检验了该算法的有效性和稳定性;与单独的蚁群算法、粒子群算法反演结果的对比验证了该算法的优越性;实测数据反演结果检验了算法的实用性。

关键词：瑞雷面波频散曲线非线性反演粒子群优化算法蚁群优化算法

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应用人工神经网络算法的地震面波非线性反演

石油地球物理勘探 2021年第5期56卷 979-991,I0008页

利用瑞雷波频散曲线反演地下介质的横波速度是一种有效可靠的地球物理方法,且已被广泛应用于近地表地质调查和勘测。传统线性反演方法已不能满足日益复杂的目标或任务的需求,而非线性反演方法因其反演速度快、原理直观易懂而倍受关注。... 详细信息

利用瑞雷波频散曲线反演地下介质的横波速度是一种有效可靠的地球物理方法,且已被广泛应用于近地表地质调查和勘测。传统线性反演方法已不能满足日益复杂的目标或任务的需求,而非线性反演方法因其反演速度快、原理直观易懂而倍受关注。非线性反演方法中的人工神经网络具有自组织、自学习能力、联想记忆能力、高度容错性和抗干扰性,对不同反演问题能(通过相应网络训练后)反演出相应的目标参数。鉴于此,引入BP人工神经网络对地震面波进行反演,通过网络设计、训练和学习,求得最优解而不是精确解,以此避免了其他非线性反演方法易陷入局部极小值的问题。通过选取BP神经网络对多种典型地质模型在无噪和含噪情形下得到的频散曲线分别进行反演,并对比反演结果与真实数据,验证了此方法反演频散曲线的有效性和稳定性。最后,对实际数据进行反演,并与其他方法反演结果进行对比、分析,检验了该反演方法的实用性。

关键词：瑞雷波频散曲线横波速度非线性反演 BP人工神经网络

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瑞雷波多模式叠加耦合机理研究

工程勘察 2011年第5期39卷 81-85,90页

作者：宋先海李刚长江水利委员会长江科学院武汉430010

本文针对三种常见的典型地质结构深入研究了瑞雷波多模式相互作用的叠加耦合机理。研究结果表明:对于递增模型,基阶波能量仍占主导地位,叠加频散曲线实际上就是基阶波频散曲线,此时不会出现"之"字形回折现象,反演分析时可仅利用基阶波信... 详细信息

本文针对三种常见的典型地质结构深入研究了瑞雷波多模式相互作用的叠加耦合机理。研究结果表明:对于递增模型,基阶波能量仍占主导地位,叠加频散曲线实际上就是基阶波频散曲线,此时不会出现"之"字形回折现象,反演分析时可仅利用基阶波信息;而对于低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂地质结构,基阶波能量则在某些频段处于次要地位,叠加频散曲线是基阶波与各高模式波在相应频段相互叠加作用的结果,此时将会出现"之"字形回折现象,反演分析时应充分利用多模式表面波信息,以提高反演解释精度和可靠性。

关键词：表面波瑞雷波多模式频散曲线低速软弱夹层

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多模式瑞雷波波场特征及能量分布特性研究

人民长江 2011年第7期42卷 11-14页

作者：宋先海李刚长江科学院工程安全与灾害防治研究所湖北武汉430010

针对实际工程勘察中3种常见的典型地质结构,利用高阶有限差分正演模拟技术,深入研究了多模式瑞雷波波场特征及能量分布特性。研究结果表明:对于递增型地质结构,基阶波在整个频带波场特征十分明显,基阶波能量占整个波场的主导地位,此时... 详细信息

针对实际工程勘察中3种常见的典型地质结构,利用高阶有限差分正演模拟技术,深入研究了多模式瑞雷波波场特征及能量分布特性。研究结果表明:对于递增型地质结构,基阶波在整个频带波场特征十分明显,基阶波能量占整个波场的主导地位,此时反演分析时可仅利用基阶波信息;而对于含低速软弱夹层或高速硬夹层等复杂地质结构,高模式波波场特征在高频段或中频段十分显著,基阶波能量则在这些频段处于次要地位,此时反演分析时应充分利用多模式瑞雷波信息,以提高复杂地质结构反演解释精度和可靠性。

关键词：瑞雷波多模式低速软弱夹层波场特征高阶有限差分