波动方程正演模拟边界条件的比较分析

通过数值模拟研究了透明边界、Clayton-Engquist边界和完全匹配层边界的吸收效果,得出如下结论:在反射角和频率相同的情况下,完全匹配层边界条件效果最好,ClaytonEngquist边界效果次之,而透明边界条件的效果最差。以边界条件对100 Hz模型边界垂直反射的吸收效果来衡量,完全匹配层边界条件与Clayton-Engquist边界条件的效果分别是透明边界条件的16.5倍和3.5倍。在40 Hz的低频范围内,或者在反射角65°的情况下,Clayton-Engquist边界相对透明边界的吸收效果相对优势显著变弱。而完全匹配层边界的吸收效果则在150Hz频率范围内和75°反射角范围内始终保持稳定的相对优势。     

超声冲击回波法理论与实验结果讨论

首先根据弹性波波动理论推导了冲击回波方法的基本原理,通过对混凝土模型与混凝土楼板的测试实验,进行了超声冲击回波法在几种激发方式下的记录峰频变化及厚度测试结果的分析.结果表明:在文中采用的激发条件下,冲击回波法的应用效果还不够稳定,最后讨论了激发方式与测试对象等影响因素,提出完善该方法的研究方向.     

基于多图形处理单元加速的各向异性弹性波正演模拟

比较分析了在不同网格大小介质模型情况下,分别采用串行计算、CPU 16个线程并行计算和4块图形处理单元(GPU)并行计算进行各向异性弹性波动方程正演模拟的执行时间差异。发现在网格点为256~3的大模型上,用4块GPU的并行模拟计算相对16线程并行计算与串行计算的加速分别为30倍与156倍。表明多GPU并行算法可以显著缩短数值模拟时间,而且模型网格越大,加速效果越显著。因此,在单机环境下进行大尺度模型的各向异性弹性波正演模拟,采用多GPU并行计算方式是一个合适的加速选择。     

软弱夹层的地震动强度效应研究

地下隐伏的软弱夹层对工程场址地震动强度的影响是一个非常复杂的问题,这个问题的研究对高地震烈度区大型工程建设的可行性评价和抗震设计具有重要的现实意义.从概化的模型出发,对这一问题作了计算机模拟研究.所考虑的软弱层埋深在10～400 m之间,厚度在0～10 m之间.结果发现,隐伏软弱夹层就像地表低速层一样也会产生地震动的放大作用.隐伏的软弱夹层就像地表低速软弱层一样也会对特定频率的波产生放大作用.在总体揭示软弱夹层对地震动影响的基础上,重点探讨了这种放大作用的出现规律.     

用双曲正切和反正切函数拟合面波频散曲线的适应性分析

双曲正切函数和反正切函数的形态与面波频散曲线较相似,将其用于频散曲线拟合可减少数据噪音对反演稳定性的影响。这两类函数的曲线形态都是单调变化的,无法完全刻画某些特殊地层结构形成的频散曲线的复杂变化情形,如果用这两类曲线来拟合频散曲线则会存在本质上的模型误差。通过一系列正演模拟,分别运用这两类曲线拟合随层厚、P波速度、S波速度和密度变化模型的频散曲线,定量分析每个参数的变化对拟合误差的影响。结果表明,拟合结果随着P波速度、密度和层厚变化的分布很稳定,误差值保持在0.03~0.11。在S波速度随深度单调增加的情况下,拟合误差变化起伏比较大,误差范围为0.00~0.14,表明这两类三角函数模型的适应性会随着地层间S波速度差异的增大而降低。当模型中含有一定厚度的倒转低速层的时候,拟合误差可高达0.30,表明双曲正切函数和反正切函数频散曲线模型均不适用于拟合含强烈反差的低速倒转地层的频散曲线。实验发现,严重影响频散曲线拟合的误差突跳难题,可以通过多个随机种子的组合得到有效解决。     

隔墙隔音效果的计算机仿真实验

利用对时间二阶导数的二阶中心差分和空间二阶导数的四阶中心差分将二维声波方程离散化，形成一个模拟声音传播过程的计算方案，并在Windows2000平台上用C＋＋开发程序予以实现。通过对无阻隔的空气模型，空气中的砖墙模型以及空气中的双层木板隔墙模型上的声传播过程的数字仿真模拟，验证了软件的可行性，同时了解到声音在这三个模型所代表的建筑环境中的传播特点，此实验证实了砖墙隔音效果优于木板墙的直觉体验。     

表面低速层对勘探地震横波波形影响的模拟研究

模拟了地震反射SH波在一个概念性地表低速层模型中的传播过程,发现低速层会改变其波形特征,形成显著的振幅放大效应,使反射波形的主振幅放大了2．5倍。低速层改造作用使得原本相同的反射波形在地震时间剖面上产生了非常大的横向差异。这种差异在地震资料岩性解释时很容易被错误地解释为反射体性质的变化,从而对后续勘探开发造成误导。因此,研究开发出对这种波形改造作用进行校正的方法技术是有重要实际意义的。在现今勘探工业界尚无有效手段对之进行校正的情况下,实施地震测量时应尽可能避开具有这种放大效应的地段。不然,在数据解释阶段必须充分重视这种波形变化和振幅放大效应的影响,以免做出错误的岩性解释。     

基于多GPU加速的各向异性弹性波正演模拟

比较分析了在不同网格大小介质模型情况下,分别采用串行计算、CPU 16个线程并行计算和4块GPU并行计算进行各向异性弹性波动方程正演模拟的执行时间差异。发现在网格点为2563的大模型上,用4块GPU的并行模拟计算相对16线程并行计算与串行计算的加速分别为30倍与156倍。表明多GPU并行算法可以显著缩短数值模拟时间,而且模型网格越大,加速效果越显著。因此,在单机环境下进行大尺度模型的各向异性弹性波正演模拟,采用多GPU并行计算方式是一个合适的加速选择。