Стоячие волны в геофизических исследованиях : теория и практика

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
К.В. ФЕДИН 
 
 
 

СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ  

В ГЕОФИЗИЧЕСКИХ 
ИССЛЕДОВАНИЯХ 
 

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 
 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 550.344.33(075.8) 
   Ф 326 
 
 
Рецензенты: 
д-р физ.-мат. наук Г.М. Митрофанов, 
канд. техн. наук И.В. Михайлов 
 
Работа подготовлена на кафедре газодинамических систем  
для студентов IV курса  
по направлению 16.03.01 «Техническая физика» физико-технического 
факультета по дисциплине «Экспериментальные методы  
исследований» и утверждена Редакционно-издательским советом  
университета в качестве учебно-методического пособия 
 
 
Федин К.В. 

Ф 326  
Стоячие волны в геофизических исследованиях : теория и 

практика : учебно-методическое пособие / К.В. Федин. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. – 36 с. 

ISBN 978-5-7782-4284-5 

В пособии излагается введение в теорию и практику экспериментальных методов геофизики. 
Рассматривается теория и практика геофизических методов исследования, а именно выделение стоячих волн из микросейсма, измерение 
скоростей на образцах, трехмерное физическое моделирование, измерение толщины льда по акустике. Приведена область применения этих 
методов. Обсуждаются результаты, которые необходимо получить в 
ходе изучения данного курса. 
Предназначено для студентов старших курсов, которые специализируются по геофизике и геофизическим методам разведки полезных 
ископаемых. 
 
 
УДК 550.344.33(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-4284-5 
 Федин К.В., 2020 
 
 Новосибирский государственный 
 
    технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение ................................................................................................................... 4 

1. Упругие стоячие волны в геофизических приложениях (обзор) ..................... 6 

2. Моделирование изгибных стоячих волн, возбуждаемых акустическими шумами в балках прямоугольного сечения ........................................... 9 

3. Методика проведения экспериментов ............................................................. 11 

4. Обработка экспериментальных данных ........................................................... 16 

5. Определение толщины льда по стоячим волнам ............................................ 22 

Вопросы для самоконтроля и задачи ................................................................... 31 

Библиографический список .................................................................................. 32 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Упругие стоячие волны широко применяются в сейсмоакустических исследованиях на разных масштабных уровнях. На «микроуровне» стоячие волны разных типов (стержневые продольные, крутильные, изгибные) используются при резонансных измерениях, 
которые долгое время были основным методом изучения упругих и 
поглощающих свойств горных пород в лабораторных условиях. Упругие стоячие волны на планетарном уровне – это собственные колебания Земли, изучение которых дает информацию о ее внутреннем строении, вещественном составе, особенностях вращения и т. д. 
На промежуточных масштабных уровнях наиболее широкое применение стоячие волны находят в инженерной сейсмологии, где они, в 
частности, используются при обследовании зданий и сооружений,  
в основном для оценки их технического состояния и сейсмостойкости. 
Чаще всего при таких исследованиях колебания в испытуемых конструкциях возбуждают с помощью искусственных источников [2], что 
позволяет исследовать собственные частоты, декременты затухания 
колебаний, а в некоторых случаях и формы стоячих волн. Однако обследование сооружений с искусственными источниками – трудоемкая 
операция, требующая больших временны´ х и материальных затрат. 
Прорывом в этой области инженерной сейсмологии стала разработанная коллективом авторов методика выделения стоячих волн из шумового (микросейсмического) поля [5–7]. Эта методика реализована в 
технологии обследования зданий и инженерных сооружений, позволяющей по записям микросейсм в разных точках исследуемых объектов 
определять значения собственных частот и изучать формы стоячих волн, 
формирующихся в них под действием микросейсмических колебаний. 
Особенностью методики является то, что в каждом отдельном сеансе измерений производится синхронная регистрация колебаний объекта под воздействием микросейсм в неподвижных опорных точках