T¦n sè cëng h÷ðng trong mæ h¼nh hai lîp

Một phần của tài liệu Sóng Rayleigh trong mô hình hai lớp thuần nhất (Trang 44)

T¦n sè cëng h÷ðng hay cán gåi l  t¦n sè tîi h¤n, t¤i gi¡ trà cõa t¦n sè n y th¼ vªn tèc truy·n sâng l  væ còng lîn. Trong Ch÷ìng 3 ¢ tr¼nh b y c¡ch x¡c ành t¦n sè tîi h¤n trong mæ h¼nh hai lîp l  (3.11), ph÷ìng tr¼nh n y câ d¤ng t½ch v  ta c¦n quan t¥m tîi ph÷ìng tr¼nh cho nghi»m t¦n sè tîi h¤n ð c¡c mode cì b£n do â ta ch¿ x²t ph÷ìng tr¼nh

cos(q1) cos(q2)− ρ1β1

ρ2β2 sin(q1) sin(q2) = 0, (4.4)

sû döng cæng thùc khai triºn Taylor cõa c¡c h m sin(qi) v  cos(qi) º ÷a c¡c h m l÷ñng gi¡c v· h m a thùc nh÷ sau sin(qi) = qi− q 3 i 3! + 0(q 4 i), (4.5) cos(qi) = 1− q 2 i 2! + 0(q 3 i). (4.6)

Thay v o (4.4) ph÷ìng tr¼nh l÷ñng gi¡c trð th nh ph÷ìng tr¼nh ¤i sè

1− q 2 1 2! 1− q 2 2 2! − ρ1β1 ρ2β2 q1− q 3 1 3! q2− q 3 2 3! = 0, (4.7) thay q = 2πf d¯ /β , q = 2πf d¯ /β v  bä qua væ còng b² bªc cao hìn 4.

Ph÷ìng tr¼nh (4.7) câ d¤ng ph÷ìng tr¼nh bªc hai cõa f¯2 nh÷ sau

1−(2πf¯)2I1 + (2πf¯)4I2 = 0, (4.8) trong â c¡c h» sè I1 v  I2 l  c¡c biºu thùc phö thuëc v o c¡c °c tr÷ng cõa hai lîp l  ë d y, khèi l÷ñng ri¶ng, v  vªn tèc cõa sâng ngang. Vîi

I1 = d 2 1 2β2 1 + d1d2ρ1 β2 2ρ2 + d2 2 2β2 2 , (4.9) I2 = d 2 1d2 2 4β2 1β2 2 + ρ1d 3 1d2 6ρ2β2 1β2 2 + ρ1d1d 3 2 6ρ2β4 2 .

Ph÷ìng tr¼nh (4.8) l  ph÷ìng tr¼nh ¤i sè bªc hai cõa f¯2, v  t¼m nghi»m cõa ph÷ìng tr¼nh n y l  ìn gi£n hìn so vîi vi»c t¼m nghi»m cõa ph÷ìng tr¼nh (4.4).

4.2. Cæng thùc trung b¼nh vªn tèc sâng ngang trong mæ h¼nh hai lîp

Tø ph÷ìng tr¼nh (4.8) n¸u ch¿ x§p x¿ tîi bªc nh§t cõa f¯2 th¼ ph÷ìng tr¼nh n y câ d¤ng ìn gi£n l 

1−(2πf¯)2I1 = 0, (4.10) vîi I1 = d 2 1 2β2 1 + ρ1d1d2 ρ2β2 2 + d 2 2 2β2 2 , suy ra ¯ f = 1 2πq d21 2β2 1 + ρ1d1d2 ρ2β2 2 + d22 2β2 2 . (4.11)

N¸u coi mæ h¼nh tr÷íng hai lîp thu¦n nh§t vîi ¡y bà ng m t÷ìng ÷ìng vîi mæ h¼nh mët lîp vîi ¡y ng m câ ë d y l  d1 + d2 v  vªn tèc sâng ngang trong mæ h¼nh mët lîp t÷ìng ÷ìng n y l  β¯ th¼ gi¡ trà cõa t¦n sè tîi h¤n n y ph£i thäa m¢n (4.1) n¶n ta câ

¯ f(d1 +d2) ¯ β = 1 4, (4.12)

tø biºu thùc n y thu ÷ñc cæng thùc vªn tèc trung b¼nh cõa sâng ngang cõa mæ h¼nh mët lîp t÷ìng ÷ìng l  ¯ β = 2(d1 +d2) πq d21 2β12 + ρ1d1d2 ρ2β22 + d22 2β22 (4.13) N¸u gi£i ph÷ìng tr¼nh (4.8) ta s³ thu ÷ñc nghi»m tîi x§p x¿ bªc hai cõa f¯2 vîi c¡c h» sè I1, I2 ÷ñc cho nh÷ (4.9).

¯ f = 1 2π s I1 −pI2 1 −4I2 2I2 (4.14)

v  cæng thùc vªn tèc sâng ngang trung b¼nh

¯ β = 2(d1 +d2) π s I1−p I2 1 −4I2 2I2 (4.15) 4.3. ¡nh gi¡ cæng thùc vªn tèc trung b¼nh

Trong möc n y s³ tr¼nh b y vi»c t½nh to¡n t¦n sè tîi h¤n v  vªn tèc trung b¼nh cõa sâng ngang cõa mæ h¼nh hai lîp vîi ¡y bà ng m khi ÷a v· mæ h¼nh mët lîp t÷ìng ÷ìng.

X²t mæ h¼nh hai lîp thu¦n nh§t  n hçi ¯ng h÷îng, lîp tr¶n câ ë d y

d1 = 7.8 (m), vªn tèc sâng ngang β1 = 193 (m/s) v  lîp d÷îi câ chi·u d y

d2 = 20 (m) vªn tèc sâng ngang β2 = 694 (m/s), hai lîp câ khèi l÷ñng

ri¶ng l  b¬ng nhau ρ1 = ρ2 = 2 (g/cm3). Vîi mæ h¼nh ng m °t tr¶n b¡n khæng gian câ ë cùng õ lîn vîi vªn tèc sâng ngang l  3000 (m/s), khèi l÷ñng ri¶ng l  2 (g/cm3) v  h» sè Poisson l  0.4 th¼ t¦n sè cõa iºm cüc ¤i cõa t sè H/V ÷ñc t½nh theo ch÷ìng tr¼nh cõa Herrmann (1994) [16] l 

fp = 4.7343(Hz).

Nh÷ vªy vªn tèc sâng ngang trung b¼nh mong ñi cõa mæ h¼nh hai lîp ng m theo nguy¶n lþ cõa ph÷ìng ph¡p t sè H/V l 

¯

β = 4hfp = 526.45(m/s).

Thay c¡c dú li»u nh÷ tr¶n v o (4.11) v  (4.13) t½nh ÷ñc t¦n sè tîi h¤n f¯

1 = 4.035 (Hz), v  vªn tèc trung b¼nh cõa sâng ngang t÷ìng ùng l 

¯

Công vîi mæ h¼nh cö thº tr¶n n¸u sû döng ph÷ìng tr¼nh x§p x¿ tîi bªc hai cõa f¯2 ta thu ÷ñc nghi»m f¯

2 = 4.708 (Hz) v  vªn tèc trung b¼nh cõa

sâng ngang khi â l  β¯

2 = 523.5 (m/s), l  gi¡ trà kh¡ g¦n vîi gi¡ trà mong

ñi.

N¸u sû döng cæng thùc trung b¼nh cõa vªn tèc sâng ngang vîi trång sè l  ë s¥u v  vîi c¡c sè li»u nh÷ tr¶n ta ÷ñc

¯

β = d1β1 +d2β2

d1 +d2

≈553(m/s). (4.16)

M°t kh¡c, n¸u ta coi mæi tr÷íng hai lîp n y nh÷ mët lîp th¼ khi â vªn tèc sâng ngang s³ b¬ng ë d y d1+d2 chia cho thíi gian sâng trong ë d y â v  thíi gian n y b¬ng têng thíi gian trong tr÷íng hñp hai lîp t÷ìng ùng l  t1 = d1/β1, t2 = d2/β2

¯

β = d1+d2

t1+t2 ≈ 387.9(m/s). (4.17) Sü kh¡c bi»t giúa ba c¡ch t½nh vªn tèc sâng ngang trung b¼nh ð ¥y l  n¸u thay êi và tr½ cõa hai lîp cho nhau th¼ vîi c¡ch t½nh trung b¼nh theo theo to¡n håc v  trung b¼nh theo thíi gian th¼ gi¡ trà vªn tèc trung b¼nh khæng câ sü thay êi, trong khi â mæ h¼nh thüc t¸ ho n to n kh¡c mæ h¼nh tr÷îc â. Tuy nhi¶n, cæng thùc trung b¼nh (4.8) gi¡ trà trung b¼nh thay êi khi êi và tr½ hai lîp cho nhau. Hìn núa, cæng thùc trung b¼nh mîi vîi x§p x¿ bªc hai cõa f¯2 cho nghi»m g¦n vîi gi¡ trà mong ñi hìn.

M°t kh¡c nghi»m óng cõa ph÷ìng tr¼nh x¡c ành t¦n sè tîi h¤n trong tr÷íng hñp hai lîp vîi ¡y bà ng m ÷ñc gi£i tø ph÷ìng tr¼nh

cos(q1) cos(q2)− ρ1β1

ρ2β2 sin(q1) sin(q2) = 0, (4.18)

gi£i ph÷ìng tr¼nh n y vîi c¡c thæng sè cho nh÷ tr¶n thu ÷ñc nghi»m

¯

f0 = 4.893 (Hz), ë l»ch khi x§p x¿ tîi bªc 4 cõa t¦n sè f¯trong v½ dö n y

l  3.7% v  èi vîi x§p x¿ bªc hai l  19.1%

Trong h¼nh 4.1 ÷íng n²t li·n mæ t£ ç thà cõa v¸ tr¡i ph÷ìng tr¼nh (4.18), ÷íng n²t ùt ç thà cõa v¸ tr¡i ph÷ìng tr¼nh (4.8), v  ÷íng n²t ch§m ç thà cõa v¸ tr¡i ph÷ìng tr¼nh (4.10). C¡c iºm giao vîi tröc n¬m ngang l  nghi»m c¦n t¼m cõa c¡c ph÷ìng tr¼nh t÷ìng ùng v  chóng ta th§y

(4) H2L (exac) 2 4 6 8 10 f -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Eq

H¼nh 4.1: So s¡ch ph÷ìng tr¼nh ch½nh x¡c vîi c¡c ph÷ìng tr¼nh x§p x¿ cõa v¸ tr¡i

r¬ng nghi»m cõa ph÷ìng tr¼nh x§p x¿ bªc hai r§t g¦n vîi nghi»m ch½nh x¡c.

4.4. K¸t luªn ch÷ìng 4

Ch÷ìng 4 ¢ sû döng ph÷ìng ph¡p ma trªn chuyºn º kh£o s¡t t¦n sè iºm cüc ¤i cõa ÷íng cong t sè H/V cõa sâng Rayleigh trong mæ h¼nh nhi·u lîp câ ¡y bà ng m º nhªn ÷ñc mët cæng thùc x§p x¿ d¤ng hiºn cõa t¦n sè cüc ¤i n y. Cæng thùc d¤ng hiºn n y còng vîi nguy¶n lþ cõa ph÷ìng ph¡p t sè H/V ¢ gióp thi¸t lªp mët cæng thùc trung b¼nh mîi cõa vªn tèc sâng ngang trong mæ h¼nh nhi·u lîp. V· b£n ch§t th¼ cæng thùc trung b¼nh n y l  cæng thùc thu¦n nh§t hâa c¡c lîp v· mët lîp t÷ìng ÷ìng º d¹ sû döng ph÷ìng ph¡p t sè H/V. Lîp t÷ìng ÷ìng n y câ chi·u d y b¬ng têng chi·u d y c¡c lîp v  câ vªn tèc sâng ngang ÷ñc t½nh theo cæng thùc trung b¼nh mîi. Cæng thùc trung b¼nh mîi n y ¢ ph£n ¡nh ÷ñc £nh h÷ðng cõa c¡c tham sè kh¡c ¸n vªn tèc sâng ngang trung b¼nh v  ph£n ¡nh ÷ñc £nh h÷ðng cõa và tr½ c¡c lîp.

K˜T LUŠN

Trong khuæn khê luªn v«n n y t¡c gi£ ¢ t¼m hiºu hai ph÷ìng ph¡p º t¼m ra ph÷ìng tr¼nh t¡n s­c cõa sâng Rayleigh trong mæ h¼nh hai lîp thu¦n nh§t câ ¡y bà ng m. â l  ph÷ìng ph¡p h m th¸ v  ph÷ìng ph¡p ma trªn chuyºn. èi vîi mæ h¼nh t÷ìng èi ìn gi£n ÷ñc x²t ð trong luªn v«n, c£ hai ph÷ìng ph¡p ·u cho ph÷ìng tr¼nh t¡n s­c v  cæng thùc t sè H/V d¤ng hiºn gièng nhau. C¡c cæng thùc d¤ng hiºn n y ÷ñc sû döng º kh£o s¡t c¡c t½nh ch§t cõa ÷íng cong t sè H/V ÷ñc dòng trong ph÷ìng ph¡p t sè H/V. C¡c k¸t qu£ èi vîi mæ h¼nh hai lîp n y l  mîi.

Ph÷ìng ph¡p ma trªn chuyºn công ÷ñc sû döng º t¼m ra cæng thùc x§p x¿ d¤ng hiºn cõa t¦n sè iºm cüc ¤i cõa ÷íng cong t sè H/V. T¦n sè iºm cüc ¤i n y l  tham sè quan trång nh§t trong ph÷ìng ph¡p t sè H/V. Cæng thùc d¤ng hiºn n y ÷ñc sû döng còng vîi nguy¶n lþ cõa ph÷ìng ph¡p t sè H/V º nhªn ÷ñc mët cæng thùc trung b¼nh mîi t½nh to¡n vªn tèc sâng ngang trung b¼nh khi thu¦n nh§t hâa c¡c lîp v· mët lîp. K¸t qu£ n y l  mîi v  câ þ ngh¾a thüc ti¹n.

DANH MÖC CC B€I BO

Tr¦n Thanh Tu§n, Nguy¹n Thanh Nh n, Tr¦n Ngåc Trung (2013), iºm cüc ¤i v  cüc tiºu cõa ÷íng cong t sè H/V cõa sâng Rayleigh trong mæ h¼nh hai lîp thu¦n nh§t. Hëi nghà Khoa håc to n quèc Cì håc Vªt r­n bi¸n d¤ng l¦n thù XI Th nh phè Hç Ch½ Minh, 7-9/11/2013. pp 1283 - 1293.

T i li»u tham kh£o

[1] T.T. Tuan. (2009) The ellipsticity (H/V- ratio) of Rayleigh surface waves. Dissertation in Geophysics, University of Jena.

[2] Malischewsky, Peter G., and Frank Scherbaum (2004), Loves formula and H/Vratio (ellipticity) of Rayleigh waves, Wave motion 40, 1, 57- 67.

[3] Haskell, N. A. (1953). The dispersion of surface waves on multilayered media, Bull. seism. Soc. Am., 43, 17-34.

[4] Nogoshi M., Igarashi T. (1971). On the amplitude characteristics of mi-crotremor (part2), Journal of Seismological Society of Japan 24, 26-40 (In Japanese with English abstract).

[5] Nakamura Y. (1989). A method for dynamic characteristics estimation of sub-surface using microtremor on the ground surface, Quarterly Re- port of Railway Technical Research Institute (RTRI), 30(1), pp. 25-33. [6] Nakamura Y. (1996). Real-time information systems for hazards miti- gation, Proceedings of the 11th World Conference on Earthquake En- gineering, Aca-pulco, Mexico.

[7] Nakamura Y. (2000). Clear identification of fundamental idea of Naka- mura's technique and its applications, Proceeding of the 12th World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand. [8] Peter G. Malischewsky, Frank Scherbaum, Cinna Lomnitz, Tran

Thanh Tuan, FrankWuttke, Gadi Shamir. (2008) The domain of exis- tence of prograde Rayleigh-wave particle motion for sinple models .

[9] Konno K. and Ohmachi T. (1998). Ground-motion characteristics es- timated from spectral ratio between horizontal and vertical components of microtremor. Bull. Seism. Soc. Am., 88, 228-241.

[10] Stephenson W. R (2003). Factors bounding prograde Rayleigh-wave particle motion in a soft-soil layer. Pacific Conference on Earthquake Engineering, 13-15 February, Christchurch, New Zealand.

[11] Tran Thanh Tuan, Frank Scherbaum and Peter G. Malischewsky (2011). On the relationship of peaks and troughs of the ellipticity (H/V) of Rayleigh waves and the transmission response of single layer over half-space models. Geophysical Journal International 184 (2) , 793- 800.

[12] P.G. Malischewsky, Y. Zaslavsky, M. Gorstein, V. Pinsky, T. T. Tran, F. Scherbaum, H. Flores Estrella (2010). Some new theoretical consid- erations about the ellipticity of Rayleigh waves in the light of site-effect studies in Israel and Mexico, Geofisica International 49(3), 141-152. [13] Thomson W.T. (1950) Transmission of Elastic Waves through a Strat-

ified Solid Medium Jour.Appl.Phys., 21:89.

[14] Hing-Ho Tsang, M. Neaz Sheikh, Nelson T.K. Lam (2012), Modeling shear rigidity of stratified bedrock in site response analysis, Soil Dy- namics and Earthquake Engineering 34, 8998.

[15] Fah, D., Kind, F., Giardini, D. (2001), A theoretical investigation of average H/V ratios, Geophys. J. Int, 145, 535-549.

[16] Herrmann R. B. (1994). Computer programs in seismology, vol IV, St Louis University.

Một phần của tài liệu Sóng Rayleigh trong mô hình hai lớp thuần nhất (Trang 44)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(52 trang)