Введение
Глава 1. Физические процессы взаимодействия, сопровождающие распространение поверхностных волн 13
1.1. История изучения вопроса 13
1.2. Развитие практических методов, основанных на наблюдении поверхностных волн 17
1.2.1. Геофизические и геоинженерные методы 17
1.2.2. Методы решения технических задач 19
1.3. Анализ современного состояния вопроса 20
1.4. Теоретические модели, описывающие взаимодействие поверхностных волн в средах различной структуры 21
1.4.1. Применимость решений теории упругости к исследованию грунтов 22
1.4.2. Постановка задачи распространения упругих волн 25
1.4.3. Изучение связей полей смещения, возникающих в системе волновых уравнений 28
1.4.3.1. Однородное изотропное пространство 28
1.4.3.2. Однородное изотропное полупространство 29
1.4.3.3. Поверхностная волна Рэлея 33
1.4.3.4. Волны в твердом слое на полупространстве 37
1.4.3.5. Поверхностные волны других типов 39
1.4.4. Линейное взаимодействие волн 40
1.4.5. Нелинейное взаимодействие волн 44
1.4.6. Диссипации 46
1.5. Выводы 47
Глава 2. Экспериментальное исследование 48
2.1. Анализ влияния измерительных искажений при регистрации волнового поля 48
2.1.1. Структура измерительной системы 48
2.1.2. Источник поверхностных волн 51
2.1.3. Датчик сейсмических колебаний 53
2.1.4. Влияние среды на измерение волнового поля 55
2.1.5. Контакт датчика и среды 58
2.1.6. Регистратор сейсмических колебаний 60
2.1.7. Оценка и учет суммарного вклада искажений 62
2.2. Условия проведения экспериментальных работ 63
2.2.1. Структура и состав грунтов 63
2.2.2. Схема проведения ЗС-измерений поля поверхностной волны 64
2.3. Оценка идентичности импульсов возбуждения от источника 66
2.4. Влияние кратности воздействия источника на параметры регистрируемой поверхностной волны 67
2.5. Изучение состава наблюдаемых сейсмических волн 71
2.5.1. Сейсмоакустические шумы в исследуемом диапазоне частот 72
2.5.1.1. Природные шумы 73
2.5.1.2. Техногенные шумы 74
2.5.2. Учет влияния акустосейсмического эффекта 76
2.6. Выводы 78
Глава 3. Обработка экспериментальных данных 79
3.1. Порядок применения процедур цифровой обработки данных 79
3.1.1. Спектральное оценивание импульсов волнового поля 80
3.1.1.1. Оконное преобразование Фурье 81
3.1.1.2. Преобразование Вигнера-Вилля 83
3.1.1.3. Вейвлетное преобразование 84
3.1.2. Частотная фильтрация 86
3.1.3. Когерентное накопление 86
3.1.4. Фильтрация по кажущимся скоростям в пространстве f-k 88
3.2. Изучение сигналов поверхностных волн 89
3.2.1. Сейсмограммы поверхностных волн 89
3.2.2. Анализ модового состава 91
3.2.3. Оценка глубины проникновения поверхностных волн 94
3.2.4. Изучение частотно-временной структуры волновых пакетов 96
3.2.5. Поляризационный анализ структуры волнового пакета 98
3.3. Формирование частотного спектра волнового поля 99
3.3.1. Анализ спектров компонент поля поверхностной волны вблизи источника 99
3.3.2. Анализ спектров поля на больших расстояниях от источника 100
3.3.2.1. Область формирования поверхностной волны 101
3.3.2.2. Образование доминантных частот в спектрах компонент поля поверхностной волны 104
3.4. Исследование затухания компонент поля поверхностной волны 105
3.5. Трансформация частотных спектров компонент, наблюдаемая при распространении поверхностной волны 108
3.6. Спектральный анализ сигнала от шага человека 112
3.7. Выводы 115
Глава 4. Численное моделирование физических процессов в поверхностной волне 116
4.1. Построение модели среды с волновым взаимодействием 116
4.1.1. Физическая модель 116
4.1.2. Переход к конечно-разностной модели 117
4.1.3. Результаты моделирования волнового взаимодействия 119
4.2. Моделирование влияния слоистой структуры среды на параметры процессов взаимодействия 122
4.3. Моделирование обнаружения заглубленных объектов 125
4.4. Выводы 128
Глава 5. Практическое использование результатов исследования 129
5.1. Требования к методике сейсмоакустических наблюдений поверхностных волн 130
5.2. Результат применения методических требований при создании системы, основанной на наблюдении поверхностных сейсмических волн 136
5.3. Выводы 139
Заключение 140
Приложение
Литература 145
