地下异质体的问题在实际工程中是不可避免的,废弃的地下人防工程、污水管道、矿山地下采空区、蚁穴、溶洞、局部软弱地层会影响建筑物的安全,施工过程中的地下文物、城市地下管线的保护也是十分重要的。因此,地下异质体的探测无论是对工程质量安全还是保障人们日常生活都具有重大的意义。探测地下异质体的方法有很多,但多数方法受限于场地环境等多方面因素,而瑞利波法具有的经济、便携、适用范围广的特点,是探测地下异质体的一种有经济有效的方法。在介质表面激发震源会在介质浅部产生能量较大的瑞利波,其能量主要集中在一个波长范围内,当地下异质体处于瑞利波一个波长的范围内,波在传播过程中与地下异质体相遇会发生散射现象。散射波会使波场产生扰动,波的能量传播特征也会产生变化。通过散射波理论可以对介质中的异质体进行分析,但相关解析解是以积分形式,进行迭代求解,能够得到三维解,但其十分繁琐,也无法得到异质体的基本特征,因此使用数值模拟方法建立二维轴对称模型分析异质体对瑞利波的散射现象是十分必要的。通过数值模拟方法进行地下异质体对瑞利波散射的相关研究,以此得出瑞利波探测地下异质体的相关规律,同时,进行相关现场实验验证数值模拟所得结论。主要研究成果如下:(1)当地下存在异质体时,瑞利波与异质体相遇会发生散射,散射波导致表面波场中的能量发生扰动,论证了数值模拟方法中利用瑞利波散射现象探测地下异质体的可行性,提出了通过谱能量的扰动能够判断出异质体形状的方法。(2)研究地下异质体的埋深和几何参数(高度、宽度)的变化在散射波场中的影响。讨论了不同埋深、不同几何及物性参数的异质体对瑞利波散射所形成的各类型波成份、传播特性、波型相互转换机理。通过回归分析,埋深与扰动特征波长比值约为3/2。(3)研究地下异质体的几何形状变化对散射波场的影响,异质体的几何形状变化分为拐点位置与矩形异质体不同、无拐点异质体两种情况,分别采用正菱形和圆形作为地下异质体进行数值模拟。研究表明异质体的几何形状变化对异质体探测基本无影响。(4)研究地下异质体的物性参数(密度、泊松比、剪切波速)变化在散射波场中的敏感程度,通过竖直向质点速度时程图中散射能量是否能够被识别及能量大小得到各物性参数的相对敏感幅值进而得到主要敏感参数。(5)在已知地质条件的现场预先埋设的混凝土板立方体作为地下异质体,使用瑞利波法进行探测。将现场实验结果与数值模拟结果相比较验证理论分析及数值计算可行性,对现场实验所得数据进行分析并结合地下异质体实际位置验证准确性。