瑞利波是一种沿均匀半无限体及层状半无限体表面传播的波,具有以下特性:能量主要集中于介质浅部,主要分布在一个波长深度范围,集中在半个波长范围内,随着深度增加,能量迅速衰减。在均匀弹性体空间中,瑞利波的波速与频率无关,只与介质的弹性常数有关。当浅层存在裂缝时,由振源中心向外传播的瑞利波遇到裂缝后,部分能量转换成体波向外散射;部分形成反射瑞利波;部分瑞利波沿着裂缝边绕射,在裂缝底部边沿,部分瑞利波又发生模式转换,形成衍射体波,部分沿裂缝边继续绕射,部分瑞利波直接透射过裂缝。裂缝的存在以及深度的大小对不同频率的瑞利波起到了低通高阻的作用,由裂缝前后瑞利波幅值的变化以及频谱的变化可以用来定量判断裂缝深度。本文通过轴对称分析方法研究瑞利波在均匀介质中自由表面传播的规律,基于数值模拟,从时域和频域分别对瑞利波在不同深度裂缝下的波场响应以及非贯通裂缝中的波场响应进行了研究分析,在时域中由幅值衰减法得到了裂缝深度与瑞利波在裂缝前后振幅比的关系,在频域中由特征频率得到了裂缝深度与特征波长的关系。主要研究内容及成果如下:1、本文通过Ricker源在均匀介质中以及均匀介质中出现裂缝的情况下进行了数值模拟,验证了模型相关参数的合理性。通过波场响应数值模拟计算,分析了裂缝对瑞利波在裂缝与介质交界面的散射影响,研究了裂缝对瑞利波的散射机理。当瑞利波波长相对裂缝深度较大时可直接透射过裂缝,当瑞利波波长相对裂缝深度较小时,会发生延迟透射,表明了裂缝对不同频率瑞利波低通高阻的影响。2、通过均匀介质中出现不同深度裂缝的情况下的波场响应数值模拟计算,在时域分析了散射波对表面波场响应扰动,通过扰动特征,研究了裂缝深度与波长和能量幅值的关系。由于瑞利波在不同深度裂缝前后能量的变化幅度不同,将到达裂缝之前的入射瑞利波和经过裂缝后的透射波的幅值比和无裂缝时的幅值比之比作为有效幅值比即传递系数,进而得到不同深度裂缝下的传递系数,通过在MATLAB中对裂缝深度与波长的比和传递系数进行数据处理分析得到了波长和裂缝深度与传递系数的回归关系及回归式。在对不同主频域的研究中发现,当传递系数在0.2～0.8时由回归式计算得到的裂缝深度与数值模拟中裂缝深度较为接近,并在其它主频域下进行了误差分析。结果表明由回归式计算的裂缝深度精确度较高,可用于定量判断裂缝深度。3、在频率域中根据频谱中的变化,将频谱中出现的凹陷点作为特征点,建立了瑞利波频谱中特征频率值对应波长与裂缝深度的线性回归关系,由特征频率可定量判断裂缝深度。由于裂缝对瑞利波有通低频阻高频的现象,当频率达到某一特征频率时,会出现直接透射瑞利波,在频谱中由幅值的变化可以发现这一特征频率,基于此特征研究了裂缝深度在0.2m～1.2m时频域中裂缝前后瑞利波的频谱变化,最后得到了特征频率对应的波长与裂缝深度的线性回归关系及回归公式。并对不同主频域下相同裂缝深度下的特征频率进行对比,发现特征频率的存在与振源的频率域无关,但振源的频率域分布会影响特征点出现的明显程度,因此需要用不同频率域的激励源使得频谱中出现明显凹陷点来得到特征频率,进而由波长与裂缝深度的线性回归关系计算出裂缝深度。4、通过瑞利波在非贯通裂缝和贯通裂缝下波场响应数值模拟计算,在时域和频率域分析了在非贯通裂缝和贯通裂缝下散射波对表面波场响应扰动。当存在非贯通裂缝时,由数值模拟得到瑞利波在裂缝前后幅值变化与贯通裂缝的情况有所不同,非贯通裂缝下得到的传递系数会较大。在频域中,通过对裂缝后的瑞利波频域处理后,发现非贯通裂缝瑞利波频域的频率较高的部分比贯通裂缝时的幅值高,且在频率域中会形成凹陷,由此可区别非贯通裂缝。