文摘

危险的土石坝的三维波场特征的前提和基础是确定土石坝的隐藏危险通过波测试方法。基于等效弹性波理论在各向同性介质中,土石坝不同缺陷的三维波场计算采用有限元数值模拟方法。三维波场的特征和规律性探索。分析的结果表明,缺陷的大小和位置密切相关,在大坝表面接收到的波场信息。缺陷的弹性模量和密度对波场有很大的影响,和交替,泊松比的缺陷对波场的影响不大。差别越大的波速危险材料和坝体是较强的散射波的能量,进而会产生清晰的阵容上的散射波时程。为单个波运动信号,主导频率振幅指数与纵波速度的有害物质。因此,在墙土石坝波探测危险的过程中,弹性模量的影响,密度、波速测试信号应该考虑。主导频率振幅可以作为一个控制参数的解释的大坝风险分析波的测试信号。

1。介绍

地球物理勘查技术研究的一个重要工具是地球的非均匀结构和动态过程,和地震断层是使用最广泛的方法之一1,2]。根据波场的动力学和运动学等特征参数,可以获得任何异常的范围和位置。波场特征可以用于一个特定的媒介或异常的反演成像。地震波探测技术已广泛应用于岩土工程的应用,拥有快速、无损、操作简单(3- - - - - -5]。学者们研究了地震波探测技术的应用对土石坝。这种方法最初是用于大坝的地质勘探,然后逐渐用于检测隐藏的危险(6- - - - - -8]。研究表明,尽管大坝表面波信号包含丰富信息的大坝的内部结构,很难提高其使用波速参数反演精度。因此,一个关键的应用波检测技术已成为决定如何从测试信号中提取的信息隐藏的危险。有必要分析大坝的波场分布特征,以有效地提取信息的隐藏风险测试信号。

波动方程数值模拟方法是一种有效的手段研究波传播法律和内部分析波场分布的结构。我们可以研究地震波的传播机理和复杂地层的解释通过模拟复合波传播的媒体。因此,越来越多的数值模拟方法用于研究地震波的传播特性的结构。例如,金等人实现了有限元法研究三维固体混凝土模型的弹性波传播的影响下裂缝(9]。Narayan在媒体分层研究了瑞利波的传播特性的有限差分法(10]。Bakamjian研究了模拟三维地震波传播的边界积分方程法(11]。杜模拟各向异性粘弹性波场的媒体通过pseudospectrum方法(12]。

总之,解释方法和现有的无损检测数据不能直接的波场特征作为检测隐藏的大坝风险的基础。有必要描述墙土石坝的波场特征通过波检测技术。

2。三维波场分析模型对土石坝

赵et al。8)提出了一种数值模拟方法对土石坝的三维波场。根据这一方法,建立三维有限元模型。模型尺寸如图1和2不同的有害物质,被认为是在模型中。第一,土石坝有/没有危害的三维波场特征进行比较,然后,隐藏的危害的影响进行了分析。有害物质的参数如表所示1和2。(1)几何划分:从理论上讲,可以观察到波现象,在有限元模型中,因此,单元网格大小应该小于波长。通常,选择单元网格尺寸小于半波长增加精度(7]。单元网格密度可以增加模型根据实际尺寸来提高精度。数据收集时间间隔是有限元分析的步长。原则上,时间步应该设置一个值,波不能通过。

(一)
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(b)
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图1
原理图的大小墙土石坝有限元模型的邮件。(一)横切面。(b)纵切面。
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图2
原理图的大小墙土石坝有限元模型的泄漏通道。(一)横切面。(b)纵切面。
表1
材料参数的三维有限元模型。
表2
材料参数的缺陷对应不同的泊松比。

在本文中,与10节点四面体单元SOLID92被选中。网格可分为自由。大坝质量的网格大小是4米,和危险的网格大小质量是2米。分析时间T= 0.8秒,时间步长Δt= 1。(2)边界条件:基于粘弹性边界条件在ANSYS软件中,利用弹簧阻尼器,以减轻boundary-reflected波在波场分析的影响。(3)椎体:中枢兴奋的δ脉冲函数。它的表达式是 在哪里一个最大振幅的激发力量。f是波的优势频率加载函数,主频率的大小直接代表频带的宽度。t0是主要的波的峰值时间加载,然后呢T是椎体的循环。

在这篇文章中, =−20 kN(垂直向下的方向),f =25赫兹,t0= 0.02 sT= 0.04 s。

3所示。三维波场特征的土石坝有/没有危害

波传播的基础上可以直接判断位移场。因此,使用位移场分析的规则波场特征。从数值模拟获得的三维波场特征如图所示3。

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图3
土石坝的三维波场有/没有隐藏的危险。(一)位移x方向在没有危险的情况下0.3秒。(b)位移y方向在没有危险的情况下0.3秒。(c)位移z方向在没有危险的情况下0.3秒。(d)位移x方向0.3年代的危害。(e)位移y方向0.3年代的危害。(f)位移z方向0.3年代的危害。

通过分析图3,很明显,直接一波能产生散射波与危险时质量与大坝材料不同。散射波传播的危险网站的表面大坝质量随着时间的推移,表现出显著的运动。直接波逐渐扩散的距离,直到最终吸收引起的粘弹性边界的作用。在这一点上,大坝的振动粒子变得光滑。

收集到的时程曲线在不同测点与大坝坝顶上轴平行。图4针对不同剖面表明,反映了整体的波场特征。

(一)
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图4
针对不同的土石坝在同一测量线有/没有隐藏的危险。(一)位移x在没有危险的情况下。(b)位移y在没有危险的情况下。(c)位移z在没有危险的情况下。(d)位移x方向与危害。(e)位移y方向与危害。(f)位移z方向与危害。

基于对比剖面(图的对比分析4),可见,墙土石坝的波场信息传播在外围一个常规的方式,并没有其他波信息后直接波质量随着时间的推移,当没有危险。当一个危险存在质量,产生散射波传播的坝顶一旦直接波到达危险的质量。因此,重大波动信号再次出现时程在通过直接波后的时期,这些信号产生的散射波由于质量危险的存在。图3(波场)和图4(对比剖面)表明,散射波传播到坝顶沿坝坡表面并导致重大阶段波动的变化。的数据显示X方向具有更重要的特征比其他两个方向。因此,危险的存在和特征可以判断质量在大坝质量根据散射波信号接收到三峡大坝的表面。

4所示。分析和讨论的影响隐藏的危险

4.1。弹性模量和密度的影响分析

波速是基本波参数测量材料特性,它可以用来衡量质量有害的材料特性。与一个固定的泊松比情况下,我们讨论的影响上的弹性模量和密度波场特征。模型设计以同样的方式如前所述。风险的大小是R= 4米。中心位置之间的距离和坝顶h= 9米。有害物质的参数如表所示1。

4.2。分析对比剖面特征

所有计量点的时程曲线是用于建立一个概要文件(图分析了全波场特征5)。

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(我)
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图5
对比剖面测量墙土石坝的波峰与不同风险特征。(一)为1号材料位移时程概要文件X方向。(b)为1号材料位移时程概要文件Y方向。(c)为1号材料位移时程概要文件Z方向。(d)为4号材料位移时程概要文件X方向。(e)为4号材料位移时程概要文件Y方向。(f)为4号材料位移时程概要文件Z方向。(g)为6号材料位移时程概要文件X方向。(h)为6号材料位移时程概要文件Y方向。(i)为6号材料位移时程概要文件Z方向。

的第一阶段收到的散射信号X方向是介于0.1和0.18年代和中央位置附近的8日至10日散射阶段。接收到的散射信号的第二阶段X方向是介于0.17和0.24年代和中央位置附近的8日至10日散射阶段。它可以得出的时间点产生的散射波危险质量在同一个位置接收在同一测量线的坝顶基本上是相同的。然而,近距离的缺陷周围的媒体,散射越不显著的结果。关于的阵容有有限的信息Y方向和Z方向。的时间点阵容基本上是相同的。更大的材料参数的差异提供了一个更清晰的阵容。

4.3。波信号特征分析

时域分析:丰富的分析结果,针对单个测点的数据进行定量对比分析基于全波场的分析。时程曲线为同一测点选择测量线的比较(图6,14号测点选择)。一个大坝表面波信号在不同风险特征的情况下有以下规律:单测点的振动幅值在同一距离震源地减少和降低材料特性的差异之间的缺陷和周围的媒体。因此,波振幅的起始点散射信号作为参数来判断缺陷的材料特性。

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图6
八号测点的位移时程曲线墙土石坝的不同风险特征。(一)X方向。(b)Y方向。(c)Z方向。

频域分析:针对不同数据的时频分析是进行8号测点在不同模型上面提到的。因此,我们可以获得有关特性的影响规律的有害物质波场特征在频域(图7)。

(一)
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图7
光谱值8号测点墙土石坝的不同风险特征。(一)光谱值对应的主导频率的振动信号X方向。(b)光谱值对应的主导频率的振动信号Y方向。(c)光谱值对应的主导频率的振动信号Z方向。

大坝和危险物品展览减少波参数的差异,波信号的主要频率振幅明显降低,和三个方向保持一致的规律。显然,波场的主导频率振幅是高度敏感的。因此,它可以作为一个重要的参数的反演研究波动的实际检测,和预期的损害程度可以估计的基础上波信号的主要频率振幅单个测点的现场调查。

4.4。泊松比的影响分析

基于齐次媒体的本质,泊松比是另一个参数确定材料的弹性特征。因此,有必要研究泊松比的影响在波场信息。危险材料的弹性模量和密度保持不变。具体材料参数如表所示2。模型尺寸和上面提到的设计是一样的。

所有测量的时程曲线点生成相同的测量线通过改变危险材料的泊松比。分析波场的墙土石坝危险表明的波场X方向是对危害的变化高度敏感。因此,针对不同的波的运动X方向如图所示8。

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图8
对比剖面对应于用户体验测量线的土石坝顶泊松比与不同的危害。(一)μ= 0。(b)μ= 0.1。(c)μ= 0.45。

图8表明散射波的特征不显著变化的泊松比,和没有重大变化阶段,可以观察到针对不同概要文件。弱散射结果仍然可以观察到当弹性模量和密度改变,纵波波速的达到约500 m / s。没有散射的结果可以观察到当只改变了泊松比和纵向波的波速是484.3 m / s。因此,我们得出这样的结论:泊松比影响不大的缺陷散射波场的土石大坝。换句话说,散射波场不太敏感的危险材料的泊松比的变化。

时程曲线为同一测点选择测量线的比较(图9)。随着不同波速之间的缺陷材料和大坝质量材料,略有波动增加。然而,没有明显异常波动在稍后阶段。我们得出这样的结论:泊松比影响不大的波场三维深厚。

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图9
八号测点的位移时程曲线的测量线缺陷的情况下不同的泊松比。(一)X方向。(b)Y方向。(c)Z方向。

5。结论和建议

有限元模型的分析墙土石坝的三维波场缺陷建立了波场的数值模拟。墙土石坝的波场特征/没有缺陷进行了分析。我们得出以下几点:(1)当墙土石坝中危害和缺陷的大小不足以引起衍射,它将产生一系列的散射现象,如反射和折射,当直接波遇到缺陷。散射波传播出去,到达大坝的表面质量,然后终于由探测器接收。它表明了一个重要的波场干扰。时程曲线仍然波动后直接波传播。散射波的阵容中对比剖面反映了整体的波场。阵容是一个重要的信号,反映了散射波场的特征。它可以用于判断危险的存在与否。(2)有限元数值计算的结果在波场分析表明,垂直的三角形荷载激励方法将用于墙土石坝的波动模型。通过泄漏通道的三维波场是高度敏感异常波运动方向垂直于大坝的轴。(3)数值计算的结果墙土石坝有限元模型的不同有害物质的波速特征表明,更大的区别缺陷的材料和大坝的材料表明更密集的散射波场和更清晰的散射轴上针对不同概要文件。一个波动信号而言,振幅对应于主频率的纵波速度指数相关有害物质。因此,相对应的振幅的主导频率波动逆分析可以作为控制参数的反演。(4)当纵波速度的差异是相同的墙土石坝有害物质之间的危险,危险材料的弹性模量和密度对波场产生重大影响。他们是高度敏感的波动分析;泊松比是波动不敏感分析。很难区分缺陷与不同泊松比在实际的过程中探索。

数据可用性

本文的所有数据是通过数值模拟,数值模拟软件是任何。软件是由重庆交通大学购买了。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持从中国的自然科学基金项目(批准号51609027和51609027),重庆的基础研究和前沿技术研究计划(批准nos. cstc2016jcyjA0016和cstc2017jcyjBX0066),和重庆市教育委员会科学技术研究项目(批准号KJ1501007)。