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基于Love波相速度反演南北地震带地壳上地幔结构

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地球物理学报 2015年第11期58卷 3928-3940页

作者：徐小明丁志峰叶庆东吕苗苗中国地震局地球物理研究所北京100081 中国地震局地球物理研究所地震观测与地球物理成像重点实验室北京100081 中国地震局第一监测中心天津300180

收集了南北地震带区域地震台网中292个地震台站2008年1月至2011年3月期间的地震波形数据,由频时分析方法提取了Love波相速度频散曲线,经过反演得到了研究区内的Love波相速度分布.根据Love波纯路径频散,采用线性反演方法对0.25°×0.25... 详细信息

收集了南北地震带区域地震台网中292个地震台站2008年1月至2011年3月期间的地震波形数据,由频时分析方法提取了Love波相速度频散曲线,经过反演得到了研究区内的Love波相速度分布.根据Love波纯路径频散,采用线性反演方法对0.25°×0.25°的网格点进行了一维S波速度结构反演,利用线性插值获取了南北地震带地区的三维S波速度结构.结果显示了松潘—甘孜地体和川滇菱形块体地区的下地壳具有明显的S波低速层分布,该异常分布特征支持解释青藏高原隆升及其地壳物质运移的下地壳流模型.在100至120km深度上,川滇菱形块体西北部呈现较强的S波高速异常,这可能是印度岩石圈板块沿喜马拉雅东构造结下插至该区域所致,该区域下地壳的低速软弱物质与上地幔的高速强硬物质形成了鲜明对比,暗示了地壳和上地幔可能具有不同的构造运动和变形方式,这为该区域的壳幔动力学解耦提供了条件.

关键词：南北地震带层析成像 Love波互相关函数相速度

埋地管涵抗震分析软件的开发及Love波作用下的内力解析解

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埋地管涵抗震分析软件的开发及Love波作用下的内力解析解

作者：关珂大连理工大学

学位级别：硕士

地下结构在水利水电、公路、铁路交通运输、城市地下建设、人防工程中已获得了广泛应用。核电建设已在国内快速发展,对密切关系到核电站取排水安全运行的埋地循环水管沟(暗涵)的抗震计算很有必要。然而目前地下结构抗震中通用的国外数... 详细信息

地下结构在水利水电、公路、铁路交通运输、城市地下建设、人防工程中已获得了广泛应用。核电建设已在国内快速发展,对密切关系到核电站取排水安全运行的埋地循环水管沟(暗涵)的抗震计算很有必要。然而目前地下结构抗震中通用的国外数值计算软件如ANSYS、ABAQUS、FLAC3D专业性及针对性功能不强,在地下工程抗震设计应用中存在着很多不便与不足。因此,结合地震区地下工程的抗震设计实际需求,依据地下结构抗震新规范和典型代表性文献给出的建议和方法,开发一套独立、专业、实用且操作方便的地下结构抗震分析软件,是很必要和有实际应用价值的一项工作,这是本论文的重点工作。本论文的另一工作,是研究love面波作用下求解暗涵地震反应内力的解析方法。当工程场地距震源较远,地震时在基岩上覆盖层内产生不同于Rayleigh波的另一种面波,即为Love波。当暗涵铺设在此覆盖层厚度范围内时,可能会产生较大的地震反应。如果抗震设计不注意此种型波的破坏作用,可能会给结构带来较大的损失,并且现有关于Love波的抗震研究还不多见,因此,研究Love波作用下的暗涵地震反应分析简化解析方法具有较强的理论意义。具体研究内容及研究成果如下:(1)简要介绍了几种实用的地下结构横截面抗震计算方法及优缺点、计算步骤并结合核电抗震设计规范要求及程序的功能及可行性,选择了反应加速度法作为本论文的软件基本抗震计算方法。(2)基于反应加速度法的计算流程,构建了地下结构抗震计算软件的基本框架。经比较各编程语言的特点,最终选定使用***语言进行界面开发,采用Fortran语言并结合有限单元法,实现了反应加速度法的有限元计算功能,并采用Paraview软件完成结果的显示。同时,为了完善软件抗震设计功能,还通过为Shake91编写界面以实现一维土层地震反应分析计算,最终成功编制了反应加速度法抗震设计计算软件。结合简单算例并与ANSYS软件进行计算结果比较,验证了程序的正确性和可靠性。(3)采用拟静力方法,基于地下结构力学和弹性波动理论,考虑土与结构的相互作用,推导出Love波任意角度入射情况下,埋地暗涵的纵向、横向变形及内力的解析表达式,并对Love波的作用效应特点进行了分析。

关键词：地下结构地震分析和设计软件开发图形用户界面 Love波

基于改进Frequency-Bessel变换法的主动源Love波频散分析

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地球物理学报 2023年第1期66卷 357-367页

作者：张凯王小江刘建勋王凯姜春香中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所廊坊065000 国家现代地质勘查工程技术研究中心廊坊065000

近年来,Love波多道分析技术在浅地表结构探测中受到越来越广泛的应用.与Rayleigh波相比,Love波相速度不受纵波速度影响,其反演参数较少,可使反演过程更加稳定、求解的横波速度模型更加可靠.高分辨率和多模式面波频散分析是面波多道分析... 详细信息

近年来,Love波多道分析技术在浅地表结构探测中受到越来越广泛的应用.与Rayleigh波相比,Love波相速度不受纵波速度影响,其反演参数较少,可使反演过程更加稳定、求解的横波速度模型更加可靠.高分辨率和多模式面波频散分析是面波多道分析技术中至关重要的一环.本文利用改进Frequency-Bessel变换法对主动源Love波进行频散分析.通过改进的0阶Frequency-Bessel变换,将时间-空间域多道Love波记录变换到频率-波数域,获得其频散能量谱.通过公式推导和数值模拟,验证了该方法的有效性.实例测试表明,该方法具有较高的分辨率和多模式分辨能力,为多分量面波勘探提供了一种有效的频散分析手段.

关键词： Love波 Frequency-Bessel变换频散曲线刚度矩阵法

部分埋入式周期波屏障对Love波的阻隔性能研究

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地震工程与工程振动 2021年第6期41卷 186-194页

作者：葛倩倩于桂兰北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

针对覆层土体远场Love波隔震,利用周期结构的带隙特性,设计了一种部分埋入土体的工字型截面板式周期表面波屏障,并对周期波屏障的隔震性能进行了分析。利用有限元方法数值模拟了覆层半空间中波屏障的频散关系和频率响应。分析了不同的... 详细信息

针对覆层土体远场Love波隔震,利用周期结构的带隙特性,设计了一种部分埋入土体的工字型截面板式周期表面波屏障,并对周期波屏障的隔震性能进行了分析。利用有限元方法数值模拟了覆层半空间中波屏障的频散关系和频率响应。分析了不同的土层厚度和周期屏障的埋入深度以及土体参数对屏障隔震作用的影响,给出了低频区(第一条带隙)存在宽频带隙时屏障埋入深度与覆层厚度应满足的条件。最后通过数值模拟验证了波屏障对Oroville地震表面波的屏蔽作用。研究结果表明,所设计的表面波屏障对于40 Hz以下的Love波具有较好的阻隔作用,总带隙宽度可达26 Hz,可使Oroville地震表面波加速度衰减达90%左右。波屏障的埋入深度与覆层厚度满足2d_(1)-4≤h_(b)≤0.8d_(1)+0.25时,可在低频区获得宽频带隙。土体剪切模量对屏障隔震性能的影响与屏障埋入土体深度密切相关,且在低频区和高频区(第二条带隙)截然不同。当场地土体参数发生改变时,通过调整屏障埋入深度可以在低频区有效调节衰减域的频率范围,实现对Love波的传播控制。

关键词：周期结构波屏障隔震覆层土体 Love波

基于石英的多层结构Love波结冰传感器的研究

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基于石英的多层结构Love波结冰传感器的研究

作者：汪详鑫华中科技大学

学位级别：硕士

飞机在高空飞行时,机身、机翼和发动机等部位可能会发生大面积的结冰,严重影响飞行安全。目前,常用的冰检测器件大多是接触式设备,无法安装在飞机的移动部位(螺旋叶片和螺旋桨),且无法检测出积冰类型。Love波结冰传感器具有尺寸小、灵... 详细信息

飞机在高空飞行时,机身、机翼和发动机等部位可能会发生大面积的结冰,严重影响飞行安全。目前,常用的冰检测器件大多是接触式设备,无法安装在飞机的移动部位(螺旋叶片和螺旋桨),且无法检测出积冰类型。Love波结冰传感器具有尺寸小、灵敏度高、抗干扰能力强和可通过天线收发等优势,可以在特定应用场景中使用,并且能够区分冰型,对冰厚较为精确地测量。因此研究Love波结冰传感器对于飞机的结冰探测具有重要意义。针对Love波器件的内部结构和性能优化,探索Love波器件对于结冰的预测和冰厚的检测效果,本文开展了对Love波结冰传感器的研究。首先,本文建立了Love波传感器的基本模型。利用COMSOL Multiphysics对电极厚度和波导层厚度对love器件的影响进行了分析,得到了电极厚度、Si O波导层厚度与器件中心频率的关系曲线。在原先模型上设计构造了多层波导层结构,仿真结果表明,Love波的能量会集中到波速更低的聚合物波导层之中,分析了多层结构器件工作时Love波的能量与振动情况,优化了内部结构。其次,基于仿真的设计参数,运用光刻和剥离法制备了声表面波延迟线器件。在延迟线器件上采用磁控溅射制备了Si O波导层,制备出了Si O单层love器件,在单层器件基础上用匀胶法制备了SU-8光刻胶波导层,完成了多层结构Love波传感器的制备,器件的中心频率为248.62 MHz。分别测试了器件对液态水和湿度的响应特性,器件对于液态水和湿度的灵敏度分别为5 k Hz/mg和22.62 Hz/%RH。最后,用Love波结冰传感器对不同冰型和结冰厚度进行检测。实验结果表明,通过损耗的变化程度,器件能够区分出冰水混合物和完全结冰的状态,完全结冰后损耗达到最高;并且love器件能够较为灵敏的感知结冰厚度地变化,冰层厚度每增加1 mm,器件的中心频率和插入损耗冰分别增加3.76 k Hz和2.29 dB。

关键词：结冰探测 Love波传感器波导层

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基于功能材料的Love波气体传感器的研究

基于功能材料的Love波气体传感器的研究

作者：梁苏鹏南京邮电大学

学位级别：硕士

声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)传感器是一类声表面波技术与传感器相结合的电子器件。声表面波传感器兼备成本低、体积小、功耗低和易操作等诸多优点,在国防军事、环境监测、汽车行业、无线通讯以及工业生产等领域得到广泛应用。... 详细信息

声表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)传感器是一类声表面波技术与传感器相结合的电子器件。声表面波传感器兼备成本低、体积小、功耗低和易操作等诸多优点,在国防军事、环境监测、汽车行业、无线通讯以及工业生产等领域得到广泛应用。本文采用有限元法(Finite Element Method,FEM)分析了基于功能材料(纳米棒,微脊)的Love波气体传感器的特性和叉指换能器(Interdigital Transducers,IDTs)电极双层布局SAW器件的声学特性,这些新型结构为提高SAW传感器的灵敏度以及满足SAW器件的高频化需求等提供了理论依据。论文主要包括以下两部分内容:(1)使用COMSOL软件对基于聚异丁烯(polyisobutylene,PIB)敏感层/SiO/ST-90°X石英结构Love波气体传感器的声学特性进行了三维有限元仿真分析,其中PIB敏感层有薄膜、纳米棒和微脊三种形态。首先,SAW器件的导纳及振动位移结果表明,在PIB敏感层/SiO/ST-90°X石英结构中均激发出Love波。其次,当PIB纳米棒的高度h=520 nm时,Love波的0阶和1阶模式共存,且频率为f=505.8MHz和f=587.6MHz;而当h=1260 nm时,Love波的1阶和2阶模式共存,这种现象是由基底和特定高度的PIB纳米棒之间的耦合谐振引起的。基于PIB微脊结构的Love波器件中也观察到类似的现象。耦合谐振发生时,器件表面的应力迅速增大,可达3000 MPa,因此灵敏度也随之提高,基于PIB纳米棒和微脊结构的Love波传感器对六种不同的挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的检测灵敏度分别是PIB薄膜结构(无耦合谐振)传感器的2.4倍和2.8倍。最后,由于聚合物材料的粘弹性也是影响SAW器件性能的一个重要因素,因此,我们进一步讨论了粘弹性PIB对SAW传感器灵敏度的影响。结果表明,基于粘弹性PIB薄膜、PIB纳米棒和PIB微脊的Love波传感器对VOCs的灵敏度分别衰减了约40%、70%和65%。虽然PIB敏感材料的粘弹性对纳米棒和微脊结构Love波器件的传感灵敏度影响较大,但二者的性能仍优于粘弹性PIB膜结构。上述结果为基于功能材料(纳米棒或者微脊等)的Love波传感器灵敏度的提高提供了新方法以及理论依据。(2)为了满足SAW器件的高频化发展需求,也为了降低器件的制备难度,我们设计了IDTs电极双层布局的SAW器件模型,即IDTs/(110)ZnO/IDTs/Si结构,并利用三维有限元法计算分析了该结构所激发Love波的声学特性,包括相速度v、机电耦合系数K以及反射系数r等。首先,讨论了IDTs双层布局结构中电极厚度h对SAW特性的影响,结果表明,当IDTs/(110)ZnO/IDTs/Si器件中h较大时,由于器件引入了具有垂直分量的电场,会激发出较强的体声波,因此,为了降低体声波对Love波的干扰,IDTs电极厚度h应设置为较小数值。其次,分析了电极材料(Al、Cu和Ag)、电极宽度(金属化率)对SAW特性的影响,分析发现,电极材料和电极宽度对SAW器件传输特性的影响主要是由质量负载的不同引起的,从而导致相速度v、机电耦合系数K以及反射系数r发生了相应的变化。然而,上述参数改变时,IDTs/(110)ZnO/IDTs/Si结构love器件均在(110)ZnO薄膜的归一化厚度h/λ=0.313时取得机电耦合系数的最大值。最后,通过调整上下两层电极间的水平中心距p实现了SAW器件周期λ的改变,并分析了不同周期(8μm、6μm和4μm)Love波器件的声学特性。结果表明,随着周期的改变,Love波器件的谐振频率f和质量灵敏度S都有较大变化,对于λ=4μm的Love波器件,当h/λ=0.125时,谐振频率f=1.04 GHz,S=184.70 m/kg,均约为λ=8μm的Love波器件的两倍。因此,在相同的光刻条件(文中定义为2μm)下,电极双层布局SAW器件的周期可以达到单层布局结构的一半,从而SAW器件的工作频率也可提高一倍。这为高频SAW器件的研制提供了新的途径,也为其应用范围和领域的拓宽提供了理论依据。

关键词：声表面波器件气体传感器有限元法 Love波耦合谐振功能材料电极双层布局

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非饱和多孔介质层中Love波频散特性

中国石油大学学报（自然科学版） 2014年第5期38卷 59-65页

作者：邵长金崔为涛赵哲戴乐根中国石油大学理学院北京102249

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态... 详细信息

为建立更准确的地层反演模型,基于非饱和多孔介质本构关系,用连通率处理上面两层间的边界条件,理论推导出三层非饱和多孔介质中Love波的频散方程,计算分析多阶模态Love波频散曲线。结果表明,Love波第1阶模态没有截止频率,对2阶以上模态,阶数越高截止频率越大。各阶模态的Love波最大速度趋近半空间层的横波速度,而最小速度趋近第1层横波速度。Love波速曲线以第2层横波速度为界分为上下两簇,各模态均在第2层横波波速处衔接。模态不同,衔接处曲线的光滑程度不同,模态越高,光滑程度越好。对各参数的敏感性分析表明,孔隙度、饱和度、连通率、黏滞系数和渗透率的变化对Love波相速度影响敏感性依次减小。

关键词： Love波非饱和多孔介质频散特性连通率敏感性分析

Love波在预应力流体饱和双重孔隙介质层中传播的特性

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上海交通大学学报 2014年第12期48卷 1777-1783页

作者：吴佳平赵社戌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

基于扩展的Biot理论,研究了覆盖于各向异性不均匀弹性半空间上的受预应力流体饱和双重孔隙介质中Love波的传播.推导了速度的频散方程以及Love波速的上下界限,讨论了孔隙率、不均匀性、各向异性和预应力等参数对波速的影响.通过数值计算... 详细信息

基于扩展的Biot理论,研究了覆盖于各向异性不均匀弹性半空间上的受预应力流体饱和双重孔隙介质中Love波的传播.推导了速度的频散方程以及Love波速的上下界限,讨论了孔隙率、不均匀性、各向异性和预应力等参数对波速的影响.通过数值计算,结果发现孔隙介质层基质孔隙的孔隙率、裂隙孔隙率及基质孔隙的孔隙率占总孔隙率的比重越大,Love波的波速越大;随着不均匀程度的提高及各向异性系数的增大,Love波的波速增大.无论是在双重孔隙介质层中还是弹性半空间中,预拉应力会使Love波的波速提高,而预压应力会降低Love波的波速.

关键词：流体饱和双重孔隙介质不均匀弹性介质预应力 Love波

东北地区背景噪声的Rayleigh和Love波相速度层析成像

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地球物理学报 2016年第2期59卷 494-503页

作者：付媛媛高原中国地震局地震预测研究所(地震预测重点实验室) 北京100036

本文利用中国数字地震台网位于东北地区的122个宽频地震台站的18个月记录的三分量连续地震噪声数据,采用互相关方法提取了Rayleigh和Love波经验格林函数,并利用时频自动分析技术获取了相应的相速度频散曲线.通过反演频散曲线,获得了Rayl... 详细信息

本文利用中国数字地震台网位于东北地区的122个宽频地震台站的18个月记录的三分量连续地震噪声数据,采用互相关方法提取了Rayleigh和Love波经验格林函数,并利用时频自动分析技术获取了相应的相速度频散曲线.通过反演频散曲线,获得了Rayleigh和Love波周期为8-35s的二维相速度分布.结果表明,东北地区相速度的分布存在横向和垂向的不均匀性.短周期的相速度分布同地表地质构造密切相关,松辽盆地及山间沉积盆地呈现低速异常,而大兴安岭、小兴安岭及东部的一些山岭显示高速异常.随着周期的增加,位于中间的松辽盆地变为高低速相间,两侧的造山带呈现低速异常.这种异常的转变,可能是受构造活动或者莫霍面深度的影响.另外,在周期为20-35s频段内,Rayleigh和Love波同一周期的相速度在松辽盆地和位于吉林地区的郯庐断裂带表现不一致,表明可能存在径向各向异性.

关键词： Rayleigh波 Love波背景噪声层析成像中国东北