小浪底库区泥沙与根石的声学特性研究与物性参数反演

论文摘要

小浪底库区的泥沙淤积问题严重影响着水库运行效益、水体环境,甚至还会直接影响水库及下游地区人民的生命财产安全,给治黄带来困难。深入分析淤泥监测与探测数据可以准确掌握水沙运动、水库进出泥沙的变化、以及水库冲淤的变化规律,进而采用科学可行的方法有效地控制库区的淤积。根石是黄河坝、岸的保护层,是堤防安全的重要影响因素,为确保黄河抗洪工程的安全,有必要对河底根石进行检测,获取根石的分布范围和深度。目前,深水库区沉积物观测方法主要包括声波探测和取样分析两种技术。使用声波探测可以快速获取水库底质沉积结构面信息,使用取样技术可以更加准确地获取水库底泥点物性信息。声波探测和取样分析的结合为小浪底库区的泥沙分析与根石探测提供了技术支撑。本文介绍了小浪底库区泥沙的物理性质(粒径、孔隙度、渗透率等)与声学性质(波速)的概念、测量方法与计算公式,从流体理论到弹性理论再到多孔弹性理论,从易到难引入关于声波在沉积物中传播的三种理论;基于反射波信号读取与FFT变换,通过室内试验和现场探测,提取黄河小浪底库区泥沙和根石层反射信号的特征,分析河底根石和泥沙反射信号的波形、反射系数与频谱特征,研究了根石反射信号的识别方法;基于Biot理论,建立了泥沙物性参数与声学参数的关系,即反射系数与孔隙度的关系、衰减系数与渗透率的关系;基于孔隙介质理论提出了泥沙参数的反演方法并在小浪底库区验证,取得了较好的结果。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 取样技术

1.2.2 声波探测技术

1.3 研究内容和技术路线

1.4 创新点

2 基础理论

2.1 地球物理属性

2.1.1 物理性质

2.1.2 地声属性

2.2 沉积物声波传播理论

2.2.1 流体理论与弹性理论

2.2.2 多孔弹性理论

3 泥沙与根石的声学特性对比

3.1 根石与泥沙的空间分布

3.2 根石与泥沙的反射系数实验检测

3.2.1 根石取样

3.2.2 室内试验

3.2.3 根石与泥沙的反射系数计算

3.3 现场根石探测

3.3.1 浅地层剖面仪

3.3.2 波形特征

3.3.3 频谱分析

3.3.4 反射系数的提取

3.4 根石反射识别方法

4 泥沙的参数反演

4.1 理论基础

4.2 现场取样与探测

4.2.1 设备

4.2.2 取样与探测结果

4.3 泥沙的声学与物理特性的关系建立

4.3.1 反射系数与孔隙度

4.3.2 衰减系数与渗透率

4.4 Biot模型参数的选择

4.5 泥沙参数反演与验证

4.5.1 泥沙参数反演方法

4.5.2 反演结果与验证

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王宾

导师: 潘纪顺,冷元宝

关键词: 泥沙,根石,频谱分析,反射系数,衰减系数,声学反演

来源: 华北水利水电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,水利水电工程

单位: 华北水利水电大学

分类号: TV145

总页数: 76

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小浪底库区泥沙与根石的声学特性研究与物性参数反演

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