本文利用刚性基上分层系统总刚矩阵特征分析方法研究半无限体分层系统瑞利波振型频散及振型形状,给出了层细化厚度、刚性基位置与最小波长、最大波长关系及筛选瑞利波振型准则;讨论了分层介质剪切波速、厚度、密度、泊松比、阻尼参数对振型频散曲线的影响;频散曲线在频率较低的区域渐进于底层介质剪切波速,在频率较高的区域渐进于最软层介质剪切波速,文章从能量透射率分布讨论了瑞利波振型频散曲线的这种渐近特征。在轴对称简谐荷载作用下,刚性基分层系统位移波场与Bessel、Hankel函数有关,文章从Bessel、Hankel函数的近似表达式讨论了形成以稳定相速度传播简谐振型波的条件:当传播距离大于波长,该振型波近似为简谐波;表面波测试得到的相速度事实上是各阶振型波叠加后传播相速度,叠加波有效相速度随传播距离的变化而变化,文章从刚性基分层系位移响应离散解出发,基于SASW测试的互谱分析方法,给出了有效相速度计算方法;建立了理论有效相速度与土层参数、测试位置参数关系;文章讨论土层参数、测试位置参数对有效相速度的影响;与振型相速度渐进特征有所不同,有效相速度在高频区域渐进于浅层介质剪切波速,也就是深层介质参数对高频域的有效相速度影响较小,文章从叠加波在分层能量分布讨论了有效相速度的渐进特征;通过与波动理论分析得到的有效相速度比较,对半波法等近似分析方法进行了分析、讨论;在传统的表面波测试中,基于平面波场分析,常常要按一定规则布置测点并对数据筛选,本文基于轴对称波场有效相速度计算方法可以降低或避免对数据筛选准则的依赖;通过有限元模拟计算验证有效相速度计算可行性,并将该方法用于场地测试分析。文章最后讨论频率分辨率、反射波等对有效相速度计算的影响,提出了用细化技术提高谱频率分辨率以及根据测点谱幅值相对变化对信号首尾切除降低干扰的方法;讨论了传感器幅频特性及相频特性对测试、分析的影响以及在低频质量较差情况下,常规相位差展开过程的数据修正方法。