We present a imaging method of seismic sources by time reversal propagation of seismic waves. Time-reversal wave propagation is actively used in medical imaging, non destructive testing and waveform tomography. Time-reversal wave propagation is based on the time-reversal invariance and the spatial reciprocity of the wave equation. A signal is recorded by an array of receivers, time-reversed and then back-propagated into the medium. The time-reversed signal propagates back into the same medium and the energy refocuses back at the source location. The increasing power of computers and numerical methods makes it possible to simulate more accurately the propagation of seismic waves in heterogenous media. In this work, a staggered-grid finite-difference solution of the elastic wave equation is employed for the wave propagation simulation. With numerical experiments, we show that the time-reversal imaging will enable us to explore the spatio-temporal history of complex earthquake.
The governing equations of wave propagation in one dimension of elastic continuum materials are investigated by taking the influence of the initial stress into account. After a short review of the theory of elastic wave propagation in a rock mass with an initial stress, results indicate that the initial stress differentially influences P-wave and S-wave propagation. For example, when the initial stress is homogeneous, for the P-wave, the initial stress only affects the magnitude of the elastic coefficients, but for the S-wave, the initial stress not only influences the elastic coefficients but also changes the governing equation of wave propagation. In addition, the P-wave and S-wave velocities were measured for granite samples at a low initial stress state; the results indicate that the seismic velocities increase with the initial stress. The analysis of the previous data of seismic velocities and elastic coefficients in rocks under ultra-high hydrostatic initial stress are also investigated.
There have been several studies about empirical relation between seismic source parameters(e.g., focal mechanisms, depths, magnitudes, etc.) and T-wave observation. In order to delineate the relation, numerical and theoretical approaches to figure out T-wave excitation mechanism are required. In an attempt to investigate source radiation and wave scattering effects in the oceanic crust on T-wave envelopes, we perform three-dimensional numerical modeling to synthesize T-wave envelopes. We first calculate seismic P- and SV-wave energy on the seafloor using the Direct Simulation Monte Carlo based on the Radiative Transfer Theory, which enables us to take into account both realistic seismic source parameters and wave scattering in heterogeneous media, and then estimate excited T-wave energy by normal mode computation. The numerical simulation has been carried out considering the following different conditions: source types (strike and normal faults), source depths (shallow and deep), and wave propagation through homogeneous and heterogeneous Earth media. From the results of numerical modeling, we confirmed that T-wave envelopes vary according to spatial seismic energy distributions on the seafloor for the various input parameters. Furthermore, the synthesized T-wave envelopes show directional patterns due to anisotropic source radiation, and the slope change of T-wave envelopes caused by focal depth. Seismic wave scattering in the oceanic crust is likely to control the shape of envelopes.
본 논문은 지하 내부에 존재하는 공동의 존재를 밝히기 위한 시추공 토모그래피 탐사에 있어서 보다 정확한 자료의 역산을 위해 공동 주위에서의 파의 전파 양상을 규명하기 위하는데 목적이 있다. 터널 탐사에서 주로 사용되는 파원의 주파수는 2-5 kHz에 달하며, 자료의 역산에 있어서 파장의 1/10 내외의 격자간격을 설정하는 것이 적합한 것으로 알려져 있다. 공동을 지나는 탄성파의 전파는 공동 내부의 탄성파 속도에 따라 공동을 우회 또는 투과하며, 우회하는 탄성파는 공동의 탄성파 속도의 영향을 받지만 주로 모암의 탄성파 속도로 전파한다. 또한 모암의 탄성파 속도와 공동의 탄성파 속도 사이의 편차가 작아질수록 탄성파는 공동을 투과하는 특성을 보인다.
한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.81-88
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2000
The elastic wave equation is solved using the finite-difference method in 3D space to simulate the seismic wave propagation. It is based on the velocity-stress formulation of the equation of motion on a staggered grid. The nonreflecting boundary conditions are used to attenuate the wave field close to the numerical boundary. To satisfy the stress-free conditions at the free-surface boundary, a new formulation combining the zero-stress formalism with the vacuum one is applied. The effective media parameters are employed to satisfy the traction continuity condition across the media interface. With use of the moment-tensor components, the wide range of source mechanism parameters can be specified. The numerical experiments are carried out in order to test the applicability and accuracy of this scheme and to understand the fundamental features of the wave propagation under the generalized elastic media structure. Computational results show that the scheme is sufficiently accurate for modeling wave propagation in 3D elastic media and generates all the possible phases appropriately in under the given heterogeneous velocity structure. Also the characteristics of the ground motion in an sedimentary basin such as the amplification, trapping, and focusing of the elastic wave energy are well represented. These results demonstrate the use of this simulation method will be helpful for modeling the ground motion of seismological and engineering purpose like earthquake hazard assessment, seismic design, city planning, and etc..
본 논문에서는 지진파 역행 전파를 이용하여 지진원을 영상화 하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 시간 역행 전파는 파동 방정식의 시간 반전의 불변성과 상반정리로 설명할 수 있으며 파동의 시간 역행 전파는 의학적인 목적을 비롯한 비파괴 검사, 그리고 탄성파 파형 역산에 사용되어 매질을 영상화 하는데 활용되고 있다. 지진 관측소에서 관측된 지진파형은 지진원으로부터 방출된 에너지를 기록한 것이다. 이를 시간의 역순으로 매질로 전파시키면, 지진으로부터 전파되었던 에너지가 진원시각의 지진원 위치에 집중하게 되어 지진원을 영상화 시키는 원리이다. 본 연구에서는 3차원 지진파 전파의 수치 모의를 위해 엇갈린 격자 유한 차분법과 병렬 처리 기법을 이용하여 탄성 매질에서의 파동방정식의 해를 구하였다. 수치모의 결과로부터 지진파 역행 전파를 이용해 지진의 시공간적 발생양상을 살펴볼 수 있음을 확인하였다.
본 논문은 지하내부에 존재하는 공동의 존재를 밝히기 위한 시추공 토모그래피 탐사에 있어서 보다 정확한 자료의 역산을 위해 공동 주위에서의 파의 전파양상을 규명하기 위하는데 목적이 있다. 터널탐사에서 주로 사용되는 파동원의 주파수는 2kHz-5kHz에 달하며, 자료의 역산에 있어서 파장의 1/10 내외의 격자간격을 설정하는 것이 적합하다. 공동을 지나는 탄성파의 전파는 공동내부의 탄성파 속도에 따라 공동을 우회 또는 투과하며, 우회하는 탄성파는 공동의 탄성파 속도의 영향을 받지만 주로 모암의 탄성파 속도로 전파한다. 또한 모암의 탄성파속도와 공동의 탄성파 속도 사이의 편차가 작아질수록 탄성파는 공동을 투과하는 특성을 보인다.
한국지진공학회 1999년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall
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pp.91-98
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1999
In this study a modified ground strain model is developed for an equivalent earthquake load and is applied to the seismic analysis of buried pipelines, The ground strain can be obtained using the ratio of a maximum ground velocity to a wave propagation velocity. To reflect soil conditions and seismic characteristics the wave propagation velocity is evaluated by a proposed dispersion curve based on wave energy distribution. In order to verify the procedures the observed earthquake data and the results of this study are compared. For the application of an equivalent earthquake load to the seismic analysis the buried pipelines are modeled using the beam theory. the results of the analyses are compared with those of a dynamic analysis code and those obtained from the response displacement method. Finally various parametric studies considering different soil conditions and seismic loads are examined.
This study was designated to clarify the aspect of the wave propagation around the cavity. The change of traveltime and amplitude of the seismic wave was observed according to the various wave velocities of the cavity. The seismic wave detour or penetrate the cavity depending on the seismic velocity of the in-filled material. Generally, seismic wave detours toward high velocity zone around the cavity, and when the velocity of the cavity material reaches to 80 % of the base rock, the wave penetrates the cavity. The traveltime of the detouring seismic wave is not sensitive to the change of the cavity velocity, but as the velocity of the cavity increases, the fall of the amplitude was reduced. The penetrating wave showed the steeply increasing amplitude due to the reiteration of the detouring wave.
Kumar, K. Varun;Saravanan, T. Jothi;Sreekala, R.;Gopalakrishnan, N.;Mini, K.M.
Geomechanics and Engineering
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제12권1호
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pp.161-183
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2017
This paper investigates the damage identification of the concrete pile element through axial wave propagation technique using computational and experimental studies. Now-a-days, concrete pile foundations are often common in all engineering structures and their safety is significant for preventing the failure. Damage detection and estimation in a sub-structure is challenging as the visual picture of the sub-structure and its condition is not well known and the state of the structure or foundation can be inferred only through its static and dynamic response. The concept of wave propagation involves dynamic impedance and whenever a wave encounters a changing impedance (due to loss of stiffness), a reflecting wave is generated with the total strain energy forked as reflected as well as refracted portions. Among many frequency domain methods, the Spectral Finite Element method (SFEM) has been found suitable for analysis of wave propagation in real engineering structures as the formulation is based on dynamic equilibrium under harmonic steady state excitation. The feasibility of the axial wave propagation technique is studied through numerical simulations using Elementary rod theory and higher order Love rod theory under SFEM and ABAQUS dynamic explicit analysis with experimental validation exercise. Towards simulating the damage scenario in a pile element, dis-continuity (impedance mismatch) is induced by varying its cross-sectional area along its length. Both experimental and computational investigations are performed under pulse-echo and pitch-catch configuration methods. Analytical and experimental results are in good agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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