一种铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法，属于勘探震源技术领域。铁路震源瑞雷面波力学模型包括用于模拟铁轨的粘弹性地基，粘弹性地基包括位于下层的弹性层和位于上层的轨垫，弹性层包括均匀排列的若干弹性支撑单元，轨垫上承载车轮，车轮在轨垫上滚动形成波纹震动路径。本铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法具有以下优点：通过本模型的演示和本方法的计算，可以实现对火车震源移动所产生的震动面波场的解析计算，并通过计算得到的准确波场值研究震动规律，为高铁地震学的发展与近地表地质监测提供了有力的研究支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法
本专利技术属于勘探震源
，涉及一种铁路震源的特性研究，特别是一种铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法。
技术介绍
铁路震源在连续移动的过程中，可以产生携带大量近地表信息、相关性强的地震信号，该类铁路震源目前已被认为是一种新型勘探震源，尤其是近年来随着高铁地震学的兴起，铁路震源信号的模拟与分析取得了一定的进展。现阶段铁路震源产生的面波信号主要被认为是一种被动源面波信号，其与近地表结构密切相关，需要进行模拟与分析。瑞雷面波在研究地球内部结构、近地表各种工程勘查问题中，尤其在近地表地层结构与属性特征获取方面，是一种非常有效的地震勘探方法。由于瑞雷面波存在频散特性，现有方法技术主要是基于f-k谱来提取瑞雷面波频散曲线，根据频散曲线特性进而可提取相应的地层结构、构造等信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种通过力学模型进行铁路震源模拟，利用震源函数计算进行动态分析的铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：铁路震源瑞雷面波力学模型，包括用于模拟铁轨的粘弹性地基，所述粘弹性地基包括位于下层的弹性层和位于上层的轨垫，所述弹性层包括均匀排列的若干弹性支撑单元，所述轨垫上承载车轮，所述车轮在所述轨垫上滚动形成波纹震动路径。在上述的铁路震源瑞雷面波力学模型中，所述车轮为低速合金钢车轮。铁路震源瑞雷面波数值模拟方法，包括以下内容：1)、车轮与粘弹性地基之间垂直作用力的功率谱密度GF(ω)与垂直粘弹性地基响应的功率谱密度GD(ω)之间的关系通过以下方程式解析地表示为圆频率ω的函数(Esveld，2001；Wu等，2000)：式中，MWω2为车辆的垂直刚度特性；2KRLR为粘弹性地基的垂直刚度特性；KH为车轮的垂直刚度特性；2)、通过以下公式应用反傅立叶变换可将其转换到时间域：3)、根据广义杜哈梅积分，移动火车产生的力F作用下的震源函数为载荷与响应函数的卷积如下：4)、对于沿直线运动的铁路震源且检波器位于同一直线的情况而言，震源具有较强的稳定性，假设检波器处在0位置，则车辆由r1处至检波器处(由远及近)与震源由检波器处至r1处(由近及远)产生的瑞雷面波波场值分别为：其中，k'＝2πf/v。与现有技术相比，本铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法具有以下优点：通过本模型的演示和本方法的计算，可以实现对火车震源移动所产生的震动面波场的解析计算，并通过计算得到的准确波场值研究震动规律，为高铁地震学的发展与近地表地质监测提供了有力的研究支撑。附图说明图1是本铁路震源瑞雷面波力学模型的结构示意图。图中，1、弹性层；1a、弹性支撑单元；2、轨垫；3、车轮；4、波纹震动路径。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：如图1所示，本铁路震源瑞雷面波力学模型，包括用于模拟铁轨的粘弹性地基，粘弹性地基包括位于下层的弹性层1和位于上层的轨垫2，弹性层1包括均匀排列的若干弹性支撑单元1a，轨垫2上承载车轮3，车轮3在轨垫2上滚动形成波纹震动路径4。车轮3为低速合金钢车轮3。铁路震源瑞雷面波数值模拟方法，包括以下内容：1)、车轮3与粘弹性地基之间垂直作用力的功率谱密度GF(ω)与垂直粘弹性地基响应的功率谱密度GD(ω)之间的关系通过以下方程式解析地表示为圆频率ω的函数(Esveld，2001；Wu等，2000)：式中，MWω2为车辆的垂直刚度特性；2KRLR为粘弹性地基的垂直刚度特性；KH为车轮3的垂直刚度特性；2)、通过以下公式应用反傅立叶变换可将其转换到时间域：3)、根据广义杜哈梅积分，移动火车产生的力F作用下的震源函数为载荷与响应函数的卷积如下：4)、对于沿直线运动的铁路震源且检波器位于同一直线的情况而言，震源具有较强的稳定性，假设检波器处在0位置，则车辆由r1处至检波器处(由远及近)与震源由检波器处至r1处(由近及远)产生的瑞雷面波波场值分别为：其中，k'＝2πf/v。与现有技术相比，本铁路震源瑞雷面波力学模型及其数值模拟方法具有以下优点：通过本模型的演示和本方法的计算，可以实现对火车震源移动所产生的震动面波场的解析计算，并通过计算得到的准确波场值研究震动规律，为高铁地震学的发展与近地表地质监测提供了有力的研究支撑。当然，上述说明并非是对本专利技术的限制，本专利技术也并不仅限于上述举例，本
的技术人员在本专利技术的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本专利技术的保护范围。尽管本文较多地使用了弹性层1；弹性支撑单元1a；轨垫2；车轮3；波纹震动路径4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本专利技术的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本专利技术精神相违背的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路震源瑞雷面波力学模型，其特征在于，包括用于模拟铁轨的粘弹性地基，所述粘弹性地基包括位于下层的弹性层和位于上层的轨垫，所述弹性层包括均匀排列的若干弹性支撑单元，所述轨垫上承载车轮，所述车轮在所述轨垫上滚动形成波纹震动路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁路震源瑞雷面波力学模型，其特征在于，包括用于模拟铁轨的粘弹性地基，所述粘弹性地基包括位于下层的弹性层和位于上层的轨垫，所述弹性层包括均匀排列的若干弹性支撑单元，所述轨垫上承载车轮，所述车轮在所述轨垫上滚动形成波纹震动路径。


2.如权利要求1所述的铁路震源瑞雷面波力学模型，其特征在于，所述车轮为低速合金钢车轮。


3.一种铁路震源瑞雷面波数值模拟方法，采用权利要求1或2所述的铁路震源瑞雷面波数力学模型，其特征在于，包括以下内容：
1)、车轮与粘弹性地基之间垂直作用力的功率谱密度GF(ω)与垂直粘弹性地基响应的功率谱密度GD(ω)之间的关系通过以下方程式解析地表示为圆频率ω的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王姣，彭刚，王泽，薛亨泰，王进，
申请(专利权)人：青岛黄海学院，中铁五局集团第一工程有限责任公司，中国建筑第七工程局有限公司，薛亨泰，中国建筑第二工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37