超音波計測に基づく花崗岩中の表面波伝播特性に関する研究

A Study on the propagation characteristics of surface waves in granite based on ultrasonic measurements

木本 和志*; 岡野 蒼*; 斎藤 隆泰*; 佐藤 忠信*; 松井 裕哉 

Kimoto, Kazushi*; Okano, Aoi*; Saito, Takayasu*; Sato, Tadanobu*; Matsui, Hiroya

本研究は、ランダム不均質媒体における表面波の伝播挙動、超音波計測と波形解析によって調べたものである。超音波計測実験には、粗粒結晶質岩である花崗岩をランダム不均質媒体として用い、線集束型の圧電探触子で励起した表面波をレーザードップラー振動計で計測する。計測波形の解析は周波数領域で行い、フェルマーの原理に基づいて各波形観測点での到達時間を求める。この方法で得られた到達時間のアンサンブルから、到達時間が従う確率分布を伝播距離の関数として評価する。次に、確率分布の標準偏差を到達時間の不確実性(ゆらぎ)の指標として用い、伝播距離に応じたゆらぎの伝播挙動を調べる。以上の波形解析結果から、本研究に用いた花崗岩試料における到達時間のゆらぎは、概ね伝播距離の1/2乗と平均到達時間の積に比例することを明らかとする。このことは、ランダム不均質媒体における統計的波動伝播モデリングにおいて有用な知見となる。

This study investigates the propagation characteristics of surface wave traveling in a random heterogeneous medium. For this purpose, ultrasonic measurements are performed on a granite block as a typical randomly heterogeneous medium. In this measurement, a line-focus transducer is used to excite ultrasonic waves, whereas a laser Doppler vibrometer is used to pickup the ultrasonic motion on the surface of the granite block. The measured waveforms are analysed in the frequency domain to evaluate the travel-time for each measurement point based on the Fermat's principle. From the ensemble of travel-times, the probability distribution is established as a function of travel-distance. The uncertainty of the travel-time and its spatial evolution are then investigated using the standard deviation of the travel-time as a measure of the uncertainty. As a result, it was found that the uncertainty is approximately proportional to the mean travel-time divided by the square root travel-distance.