0 引言
随着我国经济的快速发展,全国对于城镇规模的建设需求也在不断增大,从而涌现出大量的建设工程。混凝土是公路、桥梁和房屋等建筑工程中最主要的材料,其使用范围非常广泛。在一种情况下混凝土结构体的外层是不同的,因为通常会在其表面覆盖一层其他材料(也可能是强度较低的混凝土)作为保护层或者装饰。而另一种情况是受湿度、温度(特别是在相对低温的情况下)、化学和生物等因素引起表层性质的变化,受损层的厚度可能随时间增加,而且该层通常表现出较低的强度。混凝土强度的降低会引起严重的安全问题,造成重大的人员伤亡和巨大的财产损失,所以需要对混凝土结构体进行强度检测,对存在于混凝土中的安全隐患进行消除。
但是以往的混凝土检测方法均存在一些不足,不能达到很好的效果,在实际应用中受到了阻碍。混凝土抗压强度可以通过抗压试验得到,但是在很多情况下对混凝土进行抗压试验是极其不方便的,且不易操作,实用性较差。抽芯取样法对混凝土质量可进行准确、直观地判断,但是会对原有结构产生一定的破坏。回弹法是20世纪60年代出现的一种混凝土强度检测方法,该方法具有精度高等优点,但是操作不够简便,实用性不强,不能反映混凝土层状介质参数。而瑞利波勘探作为一种工程地质勘探方法[1,2],在工程地质勘察与检测中得到广泛的应用[3,4,5],而且可以利用瑞利波的频散特征[6,7],反演地下地质结构,获取层状介质的横波速度[8,9,10],该方法同样可以应用到混凝土介质中。近些年来,随着声波检测技术的发展[11],出现了使用瑞利波方法识别混凝土参数的技术[12,13,14],也可以在混凝土质量检测中得到应用。
1 瑞利波勘探方法
1.1 反演方法
1.1.1 反演方程的建立
阻尼最小二乘法作为传统的瑞利波线性反演方法的一种,具有方法简单、反演速度快等优点,也是瑞利波处理常用的通过反演相速度估计横波速度的方法。水平层状模型中瑞利波的相速度
计算。式中:m为数据点的个数;fj为频率;
横波速度是影响瑞利波相速度的主要因素,而纵波速度和密度的变化对瑞利波相速度的影响十分微弱,故在反演过程中这两个参数作为已知量,减少了反演中的未知量,使反演过程得到简化并提高了反演的稳定性。因此瑞利波频散方程可以表示为如下函数:
在瑞利波的反演算法中,将横波速度表示为向量x,瑞利波的相速度也可以表示为向量b。将式(2)Taylor级数展开并取一阶近似,线性化后可以得到:
式中,J为函数G关于元素VS的一阶偏导数所组成的m行n列(m>n)的雅克比矩阵;Δx为S波速度的修正量;Δb=b-CR(x0)是初始值的模型响应和数据之间的差。
根据Marquardt法,在求解地球物理的线性反演问题时,式(3)中的目标函数应具有方差项和模型长度项两项内容。将目标函数定义如下:
式中,‖‖2是L2的矢量长度;W是一个加权矩阵,W=LTL,L也是一个对角矩阵。α为阻尼因子。
1.1.2 反演方程的求解
利用Marquardt法将该问题简化为:
式中,I为单位矩阵;g=ATΔd为n维向量;A=LJ。
利用奇异值分解技术,矩阵A奇异值分解式为:
利用奇异值分解后可得到横波速度修正值:
式中:d=Lb,I为单位矩阵。
1.2 混凝土强度计算原理
我国最新标准规定,C60强度以下的混凝土可采用边长为150 mm的立方体试件作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》,制作边长为150 mm的立方体,在标准养护(温度20±3℃、相对湿度在90%以上)条件下,养护至28天龄期,用标准试验方法测得的极限抗压强度,称为混凝土标准立方体抗压强度,以fcu,k表示。
1.2.1 弹性模量法
地震纵波和横波在介质中传播的速度与介质的弹性参数之间的定量关系为:
式中,λ,μ是拉梅常数;ρ是介质的密度;E是弹性模量;ν是泊松比。
由式(8)和式(9)可以得到同一介质中纵波和横波速度比的关系如下:
利用式(10)可以计算出介质泊松比,由式(9)可以得到弹性模量的关系式如下:
根据反演结果可以得到混凝土梁每层的横波速度,根据式(11)就可以计算得出每层的弹性模量,关于弹性模量换算出混凝土强度的问题可由以下公式求解[19]:
式中:fcu,k是28天龄期立方体抗压强度,MPa;E是混凝土弹性模量,GPa。
1.2.2 幂函数拟合法
为了将瑞利波方法应用于混凝土强度检测中,需要建立混凝土强度与瑞利波相速度之间的关系,经过直线方程、指数方程、抛物线方程和幂函数方程回归分析对比后,已证明使用幂函数拟合的效果最好[20],得到两者的关系如下:
式中:RC是混凝土强度,MPa;A、B是相关系数。
按对数线性回归分析得到瑞利波相速度与混凝土强度关系表达式为:
式中:fcu,k是混凝土强度换算值,MPa;Vr为每层平均瑞利波相速度。
1.2.3 回弹法
回弹法是早期主要的混凝土强度检测技术,在工程质量检测中得到广泛应用。回弹法计算混凝土强度的公式为[21]:
式中:fcu,k为推定强度,vai为纵波声速,Rai为回弹值。
2 理论模型计算与试验
2.1 理论模型及强度计算
为了验证瑞利波方法用于混凝土强度检测的可行性和有效性,设计了一个两层混凝土梁模型。使用有限差分法对瑞利波进行正演模拟,从模拟的地震记录中提取频散曲线,使用阻尼最小二乘法反演得到介质各层的横波速度和厚度,最后得到的瑞利波频散曲线和横波速度则可以用于计算混凝土强度。该模型的具体参数见表1。瑞利波正演模拟的网格点数为300×2 000,时间采样步长为0.1 μs,震源设置采用主频为20 kHz的雷克子波,边界设置采用自由界面边界条件和完全匹配层吸收边界。
表1 两层混凝土梁模型介质参数
Table 1
| 层号 | ρ/(g·cm-3) | Vp/(km·s-1) | Vs/(km·s-1) | 厚度d/cm |
|---|---|---|---|---|
| 第1层 | 2.0 | 3.500 | 2.100 | 12.0 |
| 第2层 | 2.1 | 4.200 | 2.500 | 18.0 |
图1
图1
两层混凝土梁模型瑞利波地震记录(a)及频散曲线(b)
Fig.1
Rayleigh wave seismic record (a) and dispersion curve (b) of two-layer concrete beam model
图3为表1设计的两层混凝土梁模型的强度随厚度的变化,图中的长虚线为幂函数拟合法计算出的混凝土强度值,幂函数拟合法计算获得的强度曲线具有最小值和最大值,分别对应第一层和第二层的强度值,但是两者之间的差值不大。图中的短虚线为弹性模量法计算出的混凝土强度值,从图中可以发现, 两种方法计算得到的混凝土强度值差别较大。图中实线为理论强度值,在第1层弹性模量法计算的强度值与理论强度值之间的误差为1.10%,第2层两者之间的误差为0.77%。在第1层幂函数拟合法计算的强度值与理论强度值之间的误差为49%,第2层两者之间的误差为18.7%,分层情况与正演模型相对应。综上分析,弹性模量法和幂函数拟合法计算混凝土强度是可以实现的,表明瑞利波方法能够应用于评价混凝土强度。幂函数拟合法计算的两层强度值比较接近而且变化范围较小,存在分层特性但不是很明显,且计算的结果误差较大,与弹性模量法相比实用性较差。
图2
图2
两层混凝土模型阻尼最小二乘算法反演结果
a—频散曲线数值模拟与反演结果的拟合情况;b—横波速度反演结果
Fig.2
Inversion results of damped least squares algorithm for two-layer concrete model
a—fitting of numerical simulation of dispersion curve and inversion result;b—S-wave velocity inversion results
图3
图3
两层混凝土梁模型强度与厚度的关系
Fig.3
The relationship between strength and thickness of two-layer concrete beam model
2.2 试验方法
为了将瑞利波方法应用于实际的混凝土强度评价中,将采用上述方法对实际中的混凝土梁进行强度检测,并与传统的回弹法进行比较。实验过程中利用声波检测仪的探头在两个被测混凝土梁表面以一定间隔沿直线剖面移动并得到面波记录(图4)。所使用的超声波探头是一般市场供应的声波仪,其探头均为夹心式(郎之万型的改进型),它的发射探头主振动方向与换能器轴线平行,但其径向也存在振动,在理论上超声波探头在混凝土表面可以产生瑞雷面波。为了得到完整准确的瑞利波记录,探头与被测混凝土梁之间使用了不影响介质性质的耦合剂。瑞利波数据采集时,接收探头沿第一块混凝土梁(CB1)表面移动26道,在第二块混凝土梁(CB2)表面移动18道,两次实验的道间距均为5 cm,最小偏移距均为5 cm。
图4
图5
接收到的面波记录使用相移法处理并得到有效频率范围内的频散曲线,获得的频散曲线如图6中的黑色实心点所示。反演方法采用阻尼最小二乘法,由于纵波速度和密度是已知的,所以反演时只需要反演横波速度和厚度。初始模型总共分为23层,每层厚度均取为1 cm,初始模型中每层的横波速度均相同,横波速度在混凝土介质合理的横波速度范围内随机生成。对反演得到的模型参数进行理论计算可以得到反演结果模型的频散曲线,理论计算方法采用的是快速矢量传递算法。反演后的频散曲线如图7a和图8a中的实线所示,可以发现实测频散曲线与反演频散曲线拟合效果较好,对于CB1两者的相对误差为0.21%,对于CB2两者的相对误差为0.42%。图4显示了横波速度结构以及横波速度平均值,表示了横波速度在层状混凝土梁中的变化情况。图中的Vs1和Vs2分别表示混凝土梁CB1反演结果中的第1层和第2层的平均横波速度,Vs3和Vs4分别表示混凝土梁CB2反演结果中的第1层和第2层的平均横波速度,如图中黑色虚线所示。两块混凝土梁的介质参数如表2所示。反演得到的CB1总厚度为23 cm,反演得到的CB2总厚度为22 cm,结果符合实际情况。从频散曲线的拟合程度和相对误差来看,频散曲线的拟合存在较小的误差,拟合效果较好,误差在可接受范围内,从而可以正确地对强度进行计算和分析。
图6
图7
图7
混凝土梁CB1阻尼最小二乘算法反演结果
a—实测频散曲线与反演结果的拟合情况;b—横波速度反演结果
Fig.7
Inversion results of damped least squares algorithm for concrete beam CB1
a—fitting of measured dispersion curve and inversion result;b—S-wave velocity inversion results
图8
图8
混凝土梁CB2阻尼最小二乘算法反演结果
a—实测频散曲线与反演结果的拟合情况;b—横波速度反演结果
Fig.8
Inversion results of damped least squares algorithm for concrete beam CB2
a—fitting of measured dispersion curve and inversion result;b—S-wave velocity inversion results
表2 混凝土梁反演结果
Table 2
| 研究对象名称 | 层号 | ρ/(g·cm-3) | Vp/(km·s-1) | Vs/(km·s-1) | 厚度d/cm |
|---|---|---|---|---|---|
| CB1 | 第1层 | 2.05 | 3.901 | 2.315 | 8.0 |
| 第2层 | 2.10 | 4.305 | 2.565 | 15.0 | |
| CB2 | 第1层 | 2.06 | 3.912 | 2.335 | 10.1 |
| 第2层 | 2.10 | 4.318 | 2.602 | 11.9 |
3 混凝土强度评价与分析
弹性模量法与纵波速度和横波速度有关,纵波速度可直接测量得到,所需要的横波速度可以利用频散曲线反演得到,根据弹性模量与纵、横波速度的关系进而求出混凝土梁的弹性模量值,弹性模量的大小对混凝土强度有直接影响,弹性模量值也可以评定混凝土的强度等级(图9)。强度等级与弹性模量值以及强度值的关系如表3所示,最后利用弹性模量可以计算出混凝土强度。因此,弹性模量法无法作为一个单独方法来对混凝土结构体进行评价,需要依赖反演方法或其他能获得横波速度的方法。幂函数拟合法是按对数线性回归分析得到的面波相速度与强度的关系式,利用实测的瑞利波相速度,就可以换算出强度值,从而实现对混凝土强度的评价。幂函数拟合法在步骤上省略了反演过程,将频散曲线直接应用到公式中,简化了求取强度的过程,但计算精度并没有得到提高。回弹法作为传统的获取混凝土强度的方法,主要与纵波声速和回弹值有关,利用回弹法可以对上述两种方法进行对比验证。三种方法计算得到的强度值及误差如表4所示。
图9
表3 混凝土强度等级
Table 3
| 研究对 象名称 | 层号 | 弹性模量法 /MPa | 幂函数拟合法 /MPa | 回弹法 /MPa | 回弹值 | 弹性模量法与 回弹法误差/% | 幂函数拟合法与 回弹法误差/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CB1 | 第1层 | 23.05 | 31.73 | 22.16 | 35.7 | 3.79 | 30.16 |
| 第2层 | 45.98 | 36.15 | 44.71 | 49.0 | 2.76 | 19.1 | |
| CB2 | 第1层 | 23.82 | 32.76 | 22.80 | 36.2 | 4.28 | 30.4 |
| 第2层 | 50.00 | 35.19 | 47.87 | 50.8 | 4.26 | 26.49 |
图10
图10
弹性模量法和回弹法计算的强度对比
Fig.10
Comparison of elastic modulus method and rebound method
图11中长虚线和实线分别表示幂函数拟合法和回弹法计算的抗压强度值随层厚的变化。对于CB1两种方法计算的强度值,在第1层两者之间的误差为30.16%,在第2层为19.1%,对于CB2两种方法计算的强度值,第1层两者之间的误差为30.4%,第2层为26.49%。由此可知,使用幂函数拟合法计算混凝土强度的精度比弹性模量法低,弹性模量法的效果较好。弹性模量法对横波速度和纵波速度要求较高,在实测过程中需要得到准确的纵波速度,需要经过严格的反演过程得到横波速度,结合纵波速度和横波速度就可得到较为准确的混凝土强度。幂函数拟合法只与面波相速度有关,所以频散曲线的质量决定了强度计算的准确性。幂函数拟合法强度曲线能直观地表现出强度随厚度的变化而变化,给定混凝土梁强度值的范围,分层情况也与弹性模量法一致,可能由于按对数线性回归分析得到瑞利波相速度与混凝土强度关系表达式不适用于本文中的实测对象,导致幂函数拟合法计算的结果与其余两种方法计算的结果存在一些差异,表明该方法应用范围较窄。
图11
图11
幂函数拟合法和回弹法计算的强度对比
Fig.11
Comparison of power function fitting method and rebound method
按照规定,普通混凝土划为14个等级,即:C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。例如,强度等级为C25的混凝土是指25 MPa≤fcu,k<30 MPa。试验表明(以弹性模量法为例),混凝土梁CB1第1层的强度等级为C20,第2层的强度等级为C45;混凝土梁CB2第1层的强度等级为C20,第2层的强度等级为C50。新规范规定混凝土结构体的混凝土强度等级不应低于C15,所以目标混凝土梁满足质量要求。
4 结论
在本文的研究中,使用超声波检测仪得到面波数据,获得目标混凝土梁的面波频散曲线,采用阻尼最小二乘法对混凝土结构体的面波频散曲线进行反演,有效地获得了混凝土梁的横波速度结构,结合弹性模量法和幂函数拟合法,并且与传统的回弹法进行比较分析,实现对混凝土强度的评价。得到的结果表明:
1)通过阻尼最小二乘反演算法对混凝土梁的频散曲线进行拟合,反演结果较好,并得到了准确有效的横波速度结构,采用超声面波法可有效获得混凝土梁横波速度结构,进而能准确地求取混凝土抗压强度,可以为后续的混凝土强度评价提供准确有效的初始条件。
2)弹性模量法和幂函数拟合法作为混凝土强度评价的方法均能得到目标混凝土结构体的强度值,经过与回弹法的对比验证,弹性模量法计算得到的强度值与回弹法得到的强度值基本一致,均能得到较准确的结果,且能够达到实际精度要求,而幂函数拟合法计算得到的结果与其余两种方法相比差异较大。与幂函数拟合法相比,弹性模量法需要明确混凝土结构体的横波速度、纵波速度和密度,而在一般情况下横波速度是很难直接得到的,所以需要利用反演方法或者其他方法获取横波速度,而幂函数拟合法只与频散曲线相速度有关,参数要求较少且减少了反演过程。弹性模量法在理论上多做了一些工作,也得到了更加准确的结果,幂函数拟合法虽然简便易实现,但是得到的结果不准确,也表明幂函数拟合法实用性不强。在实际应用中,与回弹法相比弹性模量法更方便实用,并且能获得混凝土结构体的内部分层情况。
3)试验表明,利用瑞利波检测混凝土结构体强度是可行且有效的,使用瑞利波方法进行混凝土强度检测能够达到实际要求,可以进一步完善混凝土实体质量检测手段,可对混凝土结构物中的安全隐患进行消除,也可以是以后混凝土质量检测的发展方向。
参考文献
瑞利波勘探法原理及其应用
[J].
The principle and application of Rayleigh wave exploration method
[J].
瞬态面波法的数据采集处理系统及应用实例
[J].本文介绍我国研制开发的SWS瞬态面波数据采集处理系统的主要技术指标、软件特点与运行环境及工程应用实例,指出多道面波采集系统在发展瞬态面波法方面的关键作用。
Data collection and processing system of transient surface wave method and examples of its application
[J].The present paper gives an account of the main technical indices. software features and operation environment as well as ewineering application examples of SWS transient surface wave data collection and processing system developed in China, and points cut the key role played by multichannel surface wave collection and processing system in the development of transient surface wave meteal.
瞬态面波剖面法在滑坡探查中的应用
[J].
The application of the transient surface wave to the landslide exploration
[J].
相邻道瞬态瑞雷面波法与压实度检测
[J].基于前人研究成果,建立了适应于相邻两道计算频散曲线的τ–p变换法提取瞬态瑞雷面波的方法理论,提出了压实度与横波速度和深度之间的经验数学模型。理论模型计算和实例对比试验研究结果表明:①τ–p变换法能有效和正确提取瞬态瑞雷面波,所提取瑞雷波满足采用相邻两道计算频散曲线的需要,打破了常规方法必须采用多道才能有效获取频散曲线的局限,解决了当前惯用方法不能准确检测局部和小区域异常的问题,大大提高了瞬态瑞雷面波法检测的纵、横向分辨率和精度,为瞬态瑞雷面波的拓宽应用奠定了基础;②通过最小二乘法标定后的压实度与横波速度和深度之间的统计数学模型,可获取压实度的绝对值,所求取压实度满足高等级公路对质量检测的要求;③瞬态瑞雷面波法可较准确地快速、无损和连续探测路基的压实度及分布情况和均匀性,探测路基中不良地质体的埋深及分布范围,实现路基质量的综合评价,为路基质量的无损检测提供了一种行之有效、经济快捷的检测方法。
Method of neighboring trace transient Rayleigh wave and its application in compactness inspection
[J]. Based on previous research results,the theory of extracting transient Rayleigh surface wave using τ–p transform of neighboring trace calculated dispersion curve is described,and the empirical mathematical model considering compactness and velocity of s-wave,and depth is established.The calculation of theoretical model and the results of comparative inspection show that: 1) τ–p transform can pick up the transient Rayleigh surface wave effectively and correctly,and the separated Rayleigh wave meets the need o...
瞬态瑞雷面波法岩溶路基注浆质量检测现场试验研究
[J].为深入研究瞬态瑞雷面波法在岩溶路基注浆质量检测中的应用，现场选取 12 段试验测区，采集 1470 个测试样本点，其中在 4 个重点测区中进行注浆前后的对比测试及部分注浆后长时间追踪测试，在其余 8 个测区中进行验证性测试。结合现场压水试验及钻孔取芯等多种验证手段，基于有效试验样本数据分别建立岩洞、岩体、土体 3 种不同地下介质的瞬态瑞雷面波法注浆质量检测标准，并确定合理的检测时间为注浆完 7 d 后。经部分验证性试验测区内回判试验表明，试验结论准确可靠。
Field tests on grouting effect of karst roadbed based on transient Rayleigh wave method
[J].To deeply study the use of transient Rayleigh wave method for detecting the grouting effect of karst roadbed, 12 sections in the field test area are selected, and 1470 test sample points are collected. The comparative tests on 4 important test areas before and after grouting and long-time trace tests are carried out. The confirmative tests on other 8 test areas are performed. Combined with the multiple confirmative methods of field water pressure tests and borehole coring and based on the effective test data, the criteria for detecting grouting effect of three different subsurface media such as cave, rock mass and soil are proposed by means of the transient Rayleigh wave method, and the suitable detecting time is 7 days after grouting. The confirmative tests show that the results are credible.
多层层状介质的瑞利面波频散特性
[J].采用传递矩阵法对多层各向同性的层状弹性固体介质瑞利波相速度频散特性及自由表面的垂直位移强度特征进行研究,便于今后对实测频散曲线有更清楚的认识和更合理的反演解释。设计多组含4层或5层介质的层状介质模型,利用传递矩阵法计算它们的相速度频散曲线、各阶模式的地表垂直位移曲线和其合并化的频散曲线,从而了解含有绝对或相对软弱夹层的地基模型、正常地层顺序地基模型的频散特性。根据模拟计算结果可知,当地层中存在绝对软弱夹层或相对软弱夹层时,其合并化频散曲线一般会出现“之”字形现象,但二者位移曲线的特征是不同的;含绝对软弱夹层时,位移曲线是各模式分段占优,而含相对软弱夹层时,位移主要还是以基阶模式为主;对于多层介质的正常地基模型而言,其位移曲线也主要是以基阶模式为主,但其合并化频散曲线有时也会出现“之”字形现象,这主要与各介质层的层速度等参数有关。
Dispersion characteristics of Rayleigh waves in multilayered media
[J].In this paper, the authors carried out forward modeling on dispersion curves and vertical displacements of Rayleigh waves by means of the transfer matrix method in multilayered media. Their dispersion characteristics were thus detected and could be used in future practice. First, some groups of the fourlayered or fivelayered media were defined, and then their dispersion curves, their vertical displacements at free surface and the incorporative dispersion curve were calculated. In the end, the dispersion characteristics of different models, i.e., the models that contain an absolute/relative lowvelocity layer and the normal models, could be detected. According to the analytical results, the incorporative dispersion curve usually has the zigzag phenomenon for models that contain an absolute or relative lowvelocity layer. Nevertheless, their displacement characteristics are different. When a model contains an absolute lowvelocity layer, its maximal displacement curve consists of different modes. However, the maximal displacement curve of a model containing a relative lowvelocity layer is composed mainly of the first mode. For the normal model, its maximal displacement curve resembles the relative lowvelocity model, but its incorporative dispersion curve sometimes has the zigzag phenomenon, which is related to the parameters of models.
Detecting the depth of weak layer in concrete using R-wave dispersion techniques
[J].DOI:10.1016/j.ndteint.2018.04.014 URL [本文引用: 1]
用等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法反演瑞利波频散曲线
[J].笔者在前人工作基础上提出的等厚薄层权重自适应迭代阻尼最小二乘法,能有效地解除对初始模型的依赖.理论模型与实际资料试算结果表明,用该算法对瑞雷波频散曲线进行反演,具有稳定性好、精度高、分辨能力强的特点,并能自动分层和反演地层参数.
The inversion of dispersion curves using self-adaptively iterative damping least square method by combining equal thinner layers with weighting matrix
[J].The self-adaptively iterative damping least square method is proposed in this paper by combining equal thinner layers and weighting matrix. The new efficient algorithm can overcome such serious shortcomings existent in the classic least square method as the strict dependence on initial model, the remarkable man-made error, low accuracy, and the bad convergence velocity, which have a great adverse effect on the inversion of dispersion curves of Rayleigh wave. The inversion results of the new theoretical model and field dispersion data indicate that this inversion is characterized by good stability, high accuracy and strong resolution, and can automatically inverse shear velocity and thickness.
面波频散反演地下层状结构的拟牛顿法
[J].由于地下层状结构与面波频散曲线之间是一种高度非线性关系,所以面波频散曲线的反演方法应该采用非线性的反演方法。笔者将目前在最优化问题中得到广泛应用的拟牛顿法应用到瑞利面波频散曲线的基阶模反演当中,取得了很好的效果,并通过实例验证了方法的可行性。
The QUASI newton method in the inversion of the dispersion curve of Rayleigh wave in multilayered media
[J].The relationship between the dispersion curve of Rayleigh wave and the structure of multilayered media is nonlinear, so the inversion method of the dispersion curve should be nonlinear. In this paper the authors applied the Quasi-Newton method to the inversion of the fundamental mode, with good effects obtained. With a practical example, the method was verified.
参数自适应差分演化算法在面波频散曲线反演中的应用
[J].
DOI:10.11779/CJGE201601016
URL
[本文引用: 1]
针对传统差分演化算法在反演瑞雷波频散曲线中存在交叉概率和缩放因子选取不当导致反演结果不准确等问题,在传统差分演化算法的基础上,把控制参数直接编码到个体中,即采用参数自适应差分演化算法对高频瑞雷波频散曲线进行反演来获得近地表的横波速度结构。合成和实际数据的反演实验结果表明：参数自适应差分演化算法继承了传统差分演化算法简单、高效的特点同时,还可在频散曲线的反演中自动地选取合适的参数值并正确地进行反演迭代,无需再通过试验获得交叉概率和缩放因子两个控制参数;频散曲线反演中目标函数的收敛性好,改进算法在迭代的过程中能够快速收敛到全局最优;模型参数的概率分布高,即在大的空间搜索范围内,参数自适应差分演化算法仍然能够准确地搜索到真值范围并找到全局极小值,保证了反演的结果可靠度,使其能有效地应用于瑞雷波频散曲线的反演和解释。
Self-adapting control parameters-based differential evolution algorithm for inversion of Rayleigh wave dispersion curves
[J].
DOI:10.11779/CJGE201601016
URL
[本文引用: 1]
The differential evolution algorithm has been widely used in geophysical inversion including inversion of Rayleigh wave dispersion curves. At present the traditional differential evolution algorithm is sensitive to the control parameters set in the process of inversion of Rayleigh wave dispersion curves, and improper selection of the parameters will make the inversion results untrue. Based on the traditional differential evolution algorithm applied in the inversion of Rayleigh wave dispersion curves, the two control parameters, namely crossover probability and zoom factor, are directly coded to individuals, and the differential evolution algorithm with self-adapting control parameters in the inversion of high-frequency Rayleigh wave dispersion curves is adopted to obtain near-surface shear -wave velocity profiles. The results from both synthetic and actual field data demonstrate that: (1) The proposed algorithm not only inherits the simple and efficient features of standard differential evelution algorithm, but also can automatically pick proper parameter values for correct inversion iteration in the inversion of dispersion curves, without relying on the crossover control parameter and amplification factor of the difference vector. (2) The objective function in the proposed algorithm is proved to be able to rapidly converge to the global optimization solution. (3) The wide probability distribution of model parameters, which means the proposed algorithm can define the scope of true-value and find the global minimum even in an extensive search space and guarantee the reliability of inversion results. The proposed algorithm can be applied effectively in the inversion of Rayleigh wave dispersion curves.
Acoustical techniques for concrete evaluation:Improvements,comparisons and consistency
[J].DOI:10.1016/j.conbuildmat.2013.01.035 URL [本文引用: 1]
Influence of multiple scattering in heterogeneous concrete on results of the surface wave inverse problem
[J].DOI:10.1016/j.ndteint.2015.12.004 URL [本文引用: 1]
Accuracy of parameter identification using the dispersion of surface waves and the role of data quality for inhomogeneous concrete
[J].DOI:10.1016/j.ndteint.2018.05.002 URL [本文引用: 1]
Multichannel surface wave analysis of reinforced concrete pipe segments using longitudinal and circumferential waves induced by a point impact
[J].DOI:10.1016/j.jappgeo.2019.02.010 URL [本文引用: 1]
Imaging dispersion curves of surface waves on multi-channel record
[J].
计算瑞利波频散曲线的快速矢量传递算法
[J].
Fast vector-transfer algorithm for computation of Rayleigh wave dispersion curves
[J].
An algorithm for least squares estimation of nonlinear parameters
[J].
Estimation of near-surface shear-wave velocity by inversion of Rayleigh wave
[J].DOI:10.1190/1.1444578 URL [本文引用: 1]
瑞利波在建筑工程质量检测中的应用探讨
[J].
Application of Rayleigh wave in quality inspection of building engineering
[J].
