臺灣博碩士論文加值系統

由於傳統之傳遞矩陣法並未考慮阻尼效應，故本研究提出含阻尼改良式傳遞矩陣法推算地層雷利波頻散曲線，並結合套裝軟體ReMi與非線性波形反算法逆推地層參數，以比較不同阻尼比時頻散曲線及逆推參數的差異性。本研究首先設計一系列含阻尼之地層模型並利用含阻尼改良式傳遞矩陣法求得雷利波頻散曲線，再利用ReMi逆推地層剪力波速，並比較地層在不同阻尼比時對雷利波頻散曲線及逆推參數之影響研究。ReMi軟體在處理實際的震測數據及推算地層參數並不考慮阻尼影響，所以與實際地層情形產生誤差，以本文含阻尼傳遞矩陣法加上非線性波形反算法可以改良此缺點。
本研究結果顯示，阻尼對雷利波頻散曲線的影響，當阻尼比在5%以上時與無阻尼的曲線比較存在明顯的差異，尤其在高頻率區域有較大之影響，而通常高頻率區域影響低波速層，且在逆推的部分也顯示阻尼對地層淺層的影響較大，而對深層的影響較小。本文也驗證非線性波形反算法逆推後之參數與原假設模型值幾乎相同，收斂度與精確性很高，再以此法逆推實際震測資料可得知該地的壓力波速、剪力波速、阻尼比等參數，結果良好。

As the traditional propagator matrix method not considering the damping effect, this study proposes a Damped modified propagator matrix method for calculation the Rayleigh wave dispersion curves of strata, and combined with the package of ReMi and the nonlinear waveform inversion method to invert strata’s parameters and compare differences of the dispersion curves and parameters for different damping ratios. This study first designed a series of containing damping formation models and use Damped modified propagator matrix for obtaining Rayleigh dispersion curve, then to invert shear wave velocities of strata by ReMi and also to compare differences of the dispersion curves and the inversion parameters for different damping ratios. Due to ReMi software neglecting damping effects in processing seismic data and inverting formation parameters resulting errors, the Damped modified propagator matrix with nonlinear waveform inversion method can improve the disadvantages.
Studies have shown that the damping effects on the Rayleigh dispersion curve obtained from Damped modified propagator matrix has obvious differences from the damping ratio over 5% to the undamped case, especially greater impact in the high frequency region which usually affects the parameters of low-velocity layers, and in the inversion parts also displayed the damping greater impact on shallow layers of formation, but less on deep layers. The nonlinear waveform inversion method has also verified the parameters of strata almost recovered to the original assumed model, so the degree of convergence and accuracy is high and then applied to the practical seismic data can obtain parameters of the pressure wave velocity, shear wave velocity and damping ratio etc. and also with good results.

目錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VIII
符號說明 XV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 研究方法與流程 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 地震波特性簡述 5
2.2 傳遞矩陣法運算雷利波頻散曲線 8
2.3 震測試驗與地層參數逆推 10
2.4 地層阻尼 14
第三章 相關理論 17
3.1 多頻道表面波分析法(MASW)應用軟體-ReMi 17
3.2 含阻尼改良傳遞矩陣法 20
3.3 薄層剛度矩陣法 24
3.4非線性波形反算法 28
3.4.1 非線性波形反算法 28
3.4.2 目標函數之最佳化 30
3.4.3 準牛頓法 30
第四章 阻尼比對雷利波頻散曲線之影響分析 33
4.1 假設五組三層地層模型 33
4.1.1 驗證含阻尼改良式傳遞矩陣法及薄層剛度矩陣 42
4.1.2 不同阻尼之雷利波頻散曲線影響分析 46
4.2 四層層狀介質不同阻尼比時頻散曲線之差異分析 70
4.2.1 假設三組四層地層模型 70
4.2.2 加入阻尼並比較頻散曲線差異 74
第五章 非線性波形反算法、ReMi逆推地層參數 79
5.1 套裝軟體ReMi以無阻尼方式逆推含阻尼地層參數之差異分析 79
5.2 驗證非線性波形反算法逆推含阻尼地層模型參數之收斂性分析 89
5.3 非線性波形法反算法逆推不同阻尼比時地層參數之差異分析 95
5.4 運用非線性波形法逆推實際震測數據 104
第六章 結論與建議 109
6.1 結論 109
6.2 建議 112
參考文獻 113

1.Rayleigh, L. (1885). On Wave Propagating Along the Plane Surface of an Elastic Solid, Proceedings of the London Mathematical Society, Vol. 17, pp. 4-11.
2.Lamb, H. (1904). On the Propagation of Tremors over the Surface of an Elastic Solid, Philosophical Transactions of the Rayal Society, Vol. 203, pp. 1-42.
3.Thomson, W. T. (1949). Transmission of Elastic Wave through a Stratified Solid Medium, Journal of Applied Physics, Vol. 21, pp. 89-93.
4.Haskell, N. A. (1953). The Dispersion of Surface Waves on Multilayered Media, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 43, No. 1, pp. 17-34.
5.Jones R.B. (1958). In-Situ Measurement of the Dynamic Properties of Soil by Vibration Methods, Geotechnique, Vol. 8, No. 1, pp. 1-21.
6.Thrower, E. N. (1965). Computation of Modal Solutions in Layered, Elastic Media at High Frequencies, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 55, No. 2, pp. 335-358
7.Dunkin, J. W. (1965). Computation of Modal Solutions in Layered Elastic Media at High Frequencies, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 55, No. 2, pp. 335-358.
8.Waston, H. T. (1970). A Note on Fast Computation of Rayleigh Wave Dispersion in the Multilayered Elastic Half-space, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 60, No. 1, pp. 161-166.
9.Rodgers, C. D. (1976). Retrieval of atmospheric temperature and composition from remote measurements of thermal radiation, Reviews of Geophysics and Space Physic, 14, pp. 609-624.
10.Abo-Zena, A. (1979). Dispersion Function computations for Unlimited Frequency Values, Geophysical Journal International, Vol. 58, Issue 1, pp. 91-105.
11.Menke, W. (1979). Comment on Dispersion function computations for unlimited frequency values by Anas Abo-Zena, Geophysical Journal International, Vol. 59, Issue 2, pp. 315-323.
12.Kausel E, Roesset J M. Stiffness matrices for layered soils. Billetin of the Seismological Society of America,(1981),71(6):1743-1761
13.Nazarian, S., K. H. Stokoe, and W. R. Hudson, (1984). “Use of spectral analysis of surface waves method for determination of moduli and thicknesses of pavement systems,” Transportation Research Record, 930, 38-45.
14.Virieux, J. (1984). SH Wave Propagation in Heterogeneous Media: Velocity-Stress Finite-Difference Method, Geophysics, Vol. 49, pp. 1933-1957.
15.Virieux, J. (1986). P-SV Wave Propagation in Heterogeneous Media: Velocity-Stress Finite-Difference Method, Geophysics, Vol. 51, pp. 889-901.
16.Tarantola, A. (1986). A strategy for nonlinear elastic inversion of seismic reflection data, Geophysics, Vol. 51, No. 10, pp. 1259-1266.
17.Gucunski, N. and Woods, R. D. (1991). Inversion of Rayleigh Wave Dispersion Curve for SASW Test, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 1, pp. 127-138.
18Satoh, T., K. Yamagata, C. J. Poran, and J. A. Rodrlguez, (1991). Soil Profiling by Spectral Analysis of Surface Waves, Proc. of 2nd International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, St. Louis, Missouri, pp. 1429-1434.
19.Addo, K. O. (1992). Development of Computerized SASW Technique, Ph. D. thesis, The University of Alberta.
20.Addo, K. O. and Robertson, P. K. (1992). Shear-Wave Velocity Measurement of Soils Using Rayleigh Waves, Can. Geotech. J. Vol. 29, pp.558-568.
21.Tokimatsu, K. (1992). Effect of Multiple Modes on Rayleigh Wave Dispersion Characteristics, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 118, No. 10, pp. 1529-1543.
22.Jongmans, D. and Demanet, D. (1993). The importance of surface waves in vibration study and the use of Rayleigh waves for determining the dynamic characteristics of soils, Engineering Geology, Vol. 34, pp. 105-113.
23.Gucunski, N., Ganji, V. and Maher, M. H. (1996). Effects of Obstacles on Rayleigh Wave Dispersion Obtained from the SASW Test, Soil Dynamic and Earthquake Engineering, Vol. 15, No. 4, pp. 223-231.
24.Bixing Zhang, M. Yu, C. Q. Lan, and Wei Xiong. (1996). Elastic Wave and Excitation Mechanism of Surface Waves in Multilayered Media, Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 100, Issue 6, pp. 3527-3538.

25.Park, C. B., Miller, R. D. and Xia, J. (1998). Imaging Dispersion Curves of Surface Waves on Multi-channel Record, Geophysics, Vol.64, No.3, pp. 691-700.
26.Park, C. B., Miller, R. D. and Xia, J. (1999). Multichannel Analysis of Surface waves, Geophysics, Vol. 64, No. 3, pp. 800-808.
27.Park, C. B., Miller, R. D. and Xia, J. (1999). Estimation of Near-surface Shear-wave Velocity by Inversion of Rayleigh Wave, Geophysics, vol.64, pp.691-700, 1999
28.Kim, D. S., Shin, M. K. and Park, H. C. (2001). Evaluation of Density in Layer Compaction Using SASW Method, Soil Dynamics and Earthquake Engineering 21th, Vol. 21, pp. 39-46.
29.李幼銘、束沛鎰(1982)，層狀介質中地震面波頻散函數和體波廣義反射係數的計算，地球物理學報，第二十五卷，第二期，第130-139頁。
30.郭哲旭，(1989)，初始剪應力對砂土剪力模數及阻尼比之影響，碩士論文，國立交通大學土木工程研究所。
31.黃裕泰，(1991)，大剪應變下砂土剪力模數與阻尼比影響因素之研究，碩士論文，國立台灣大學土木工程研究所。
32.鄭玉旭，(1992)，由量測訊號判別波源時間函數及成層介質之參數，博士論文，國立成功大學土木工程研究所。
33.常正之(1993)，應用雷利波散射曲線反算土層動態參數之研究，博士論文，國立成功大學土木工程研究所。
34.鮑亦興 (1993)，波傳反算震測法之研究，國工局研究報告，交通部台灣區國道興建工程局。
35.陳百騏(1996)，三軸應力及單剪應力下臺北盆地砂性土壤之剪力模數與阻尼比，碩士論文，國立台灣大學土木工程研究所。
36.鄭玉旭(2000)，射線群法解析暫態波在成層黏彈介質之傳播反應，，工程科技通訊，第五十二期，第 42-45 頁。
37.陳烜弘(2001)，高塑性黏土剪力模數及阻尼比探討，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所。
38.張正宙(2002)，多頻道表面波震測之研究，碩士論文，國立交通大學土木工程研究所。
39.潘建志(2002)，表面波譜法反算土層剪力波速之探討，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所。
40.鄭玉旭，王承德(2003)，射線群與波形反算法逆推土層之水平剪力波速與阻尼比，第二屆先進技術與防災工程研討會，苗栗，第 137-147 頁。
41.謝宗佑(2003)，細料填充孔隙對回填土壤剪力波速與阻尼比影響之研究，碩士論文，國立海洋大學河海工程研究所。
42.黃俊豪(2003)，應用表面波譜法調查土層剪力波速之研究，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所。
43.郭景琳(2004)，路竹南科土層振動衰減特性與其阻尼比評估之試驗研究，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所。
44.江福壽(2004)，頻散曲線評估土層剪力波速剖面之初步研究，碩士論文，國立成功大學土木工程研究所。
45.楊天春、何繼善、呂紹林、王齊仁、姚成華(2004)，三層層狀介質中瑞利波的頻散曲線特徵，Geophysical and Geochemical Exploration，第二十八卷，第一期，第41-45頁。
46.范凱智(2007)，應用震測與微震偵測坡地之特性變化，碩士論文，國立聯合大學土木與防災工程學系。
47.呂銘浩(2008)，不同砂土之阻尼比關係應用於減振箱之初步研究，碩士論文，國立交通大學土木工程研究所。
48.陳源隆(2008)，應用壓力波、剪力波及微震偵測地層之性質變化，碩士論文，國立聯合大學土木與防災工程學系。
49.楊天春、王齊仁、肖江、徐卓榮(2008)，兩種計算雷利波理論頻散曲線的傳遞矩陣法模擬比較，Geophysical and Geochemical Exploration，第三十二卷，第四期，第424-429頁。
50.柴華友，吳慧明，張電吉，劉紹波(2008)，彈性介質中的表面波理論及其在岩土工程中應用
51.交通部中央氣象局(2008)，地震百問。
52.林雨傑(2009)，應用有及無震源多頻道表面波分析法推測地層剪力波速之研究碩士論文，國立聯合大學土木與防災工程學系。
53.楊天春、肖巧玲(2009)，多層層狀介質的雷利面波頻散特性， Geophysical and Geochemical Exploration，第三十三卷，第三期，第299-303頁
54.李瑞騰(2010)，MASW結合非線性波形反算法同時反算地層剪力波速與壓力波速之研究，碩士論文，國立聯合大學土木與防災工程學系。
55.鄭鈺萱(2010)，不飽和夯實土壤之動態性質，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所。