基于震动信号的滚石定位及动力参数反演研究
编号:3826
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更新:2023-04-27 11:29:08
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快闪报告
摘要
快速、准确地获取滚石灾害灾情信息对于及时开展应急响应至关重要。然而,滚石灾害的突发性和隐蔽性为其带来了巨大的挑战。随着环境地震学的不断发展,具有较高时空分辨率且可直接反馈灾变过程的微震技术为滚石灾害监测预警及灾情信息分析提供了全新的思路。在滚石灾害多发区布设地震信号监测仪能有效捕捉到滚石产生的地震信号,结合信号处理与分析理论,可实现滚石灾害关键信息(如体积、速度与冲击位置)的快速评估。
针对滚石灾害定位,目前基于到时法、极化法的定位方法得到了很好地发展。然而,到时法的定位精度主要受地震波速度传播模型与信号到时提取精度的影响。极化法的优势在于无需建立速度模型、提取初至到时,但该方法依赖极化分析的准确度,受场地条件和噪音影响较大。基于极化法与到时法的定位方法当前都已具备较好的理论基础,但在定位精度方面,目前尚不清楚哪种方法更具优势。针对滚石动力参数评估,国内外相关学者通过基于现场尺度的滚石冲击试验与基于区域地震台网的长期监测发现,滚石质量、冲击速度与地震信号的振幅、震级、能量及频率等特征参数存在一定的相关性,并据此建立了滚石动力参数的评估模型。然而目前的研究都突出了从相关地震信号估计滚石特性的巨大不确定性。仅通过单一的信号特征来建立其与滚石特征之间的相关性并不足以精准评估滚石动力参数。
因此,本研究开展了基于地震信号监测的滚石冲击坡面现场原位试验,测试了到时法与极化法的震源定位性能,建立了基于量纲分析法的滚石体积与冲击速度反演模型。结果表明:滚石冲击坡面产生的地震信号表现为突发、短持时、宽频带的“三角状”脉冲特征;基于建立的无量纲反演模型预测的滚石体积、冲击速度与实际结果基本一致,平均预测误差均低于20%;相比于极化法,到时法是更为优良的滚石冲击震源定位方法,平均相对定位误差不超过10%。研究成果可为基于震动信号的滚石灾害应急抢险和工程防治提供理论与技术支持。
关键词
滚石,震动信号,震源定位,动力参数反演,原位试验
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