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对弹性波层析成像理论和算法进行系统研究。射线追踪是建立在几何光学近似的基础上，合理选择弹性波源使之在介质中有较大的波速梯度，则在土木工程中应用弹性波层析成像能够满足其理论前提；提出二阶段射线追踪的快速方法，第一阶段采用改进的扫描法初选射线路径，第二阶段对初选射线路径进行扰动分析确定最终射线路径；讨论离散反演问题解的性质，特别是对于混定问题采用奇异值分解理论可获得满意的解估计，在减小解方差的同时也降低解的分辨率；研制弹性波层析成像系统，数值仿真表明软件正确可靠，工程实例表明该技术在土木工程中有显著的推广应用