乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究，建立了岩体变形模量与波速之间的关系，用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系，实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系，同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法，提出了坝基岩体大面积宏观变形参数。     

冻结粉质黏土声学特性与物理力学性质试验研究

 为分析冻结粉质黏土的声波参数与其物理力学性质之间的关系,进行了冻结粉质黏土的超声波测试,同时测定了其在不同温度下的抗拉、抗压强度。基于试验分析了温度、含水率和干密度等对冻土波速的影响以及波速与强度的关系。结果表明：土样在－1 ℃到－7 ℃的温度范围内,波速变化尤为剧烈;存在一个临界含水率16.03%,使波速随含水率的增加呈先增加后减少的趋势;在含水率相同的情况下,波速随干密度的增加呈线性增加;通过波速计算得到冻结粉质黏土的三个动弹性力学参数,并分析这些参数随温度的变化趋势;冻土声波波速与强度呈现出良好的相关性,冻土的强度越大,声波波速越高。因此,可利用声波测试技术对冻土进行无损检测,为冻土强度的预测奠定基础。     

构皮滩水电站高拱坝建基面卸荷岩体变形参数研究

 乌江构皮滩水电站高拱坝建基面开挖成型后,在建基面上进行大量的声波测试,通过不同高程、不同部位的声波测试,根据波速沿坡距综合关系曲线确定卸荷深度,并分析波速分布的规律及特征。在卸荷带内进行35点原位变形试验,其加载路径和最大压力与拱坝作用于岩体的条件相似。通过35点变形试点的动静对比试验,建立卸荷岩体变形参数与波速之间的关系,利用大范围的声波测试结果评价卸荷带岩体变形参数。结合开挖前后波速和变形参数的变化规律,分析研究该高拱坝建基面卸荷岩体变形参数的弱化程度。试验结果表明,建基面卸荷深度为6 m,卸荷带岩体平均波速降低7.0%,平均变形模量由29.1 GPa降低至16.2 GPa,平均降低43.6%。提出卸荷岩体的变形参数及取值方法。     

岩屑声波法评价岩石可钻性的试验研究

岩石可钻性是石油钻井中优选钻头类型的重要依据。岩屑声波法评价岩石可钻性以容易获取、来源充足的钻井岩屑为研究资料，通过测定岩屑的声波波速，来定量计算岩石的可钻性级值，可以获得连续的地层信息，实现钻头类型的优选。试验分析了毫米级岩屑波速测量的可行性和岩屑波速与岩石可钻性级值的相关性，表明岩屑波速具有良好的代表性，且岩屑波速与岩石可钻性级值(Kd)有着密切的关系。测定了26块有代表性的岩芯的可钻性级值及相应岩屑的声波速度，建立了岩石可钻性级值(Kd)与岩屑波速的关系模型。在一口预探井进行了随钻检测地层可钻性的现场试验，证明该方法是有效的。     

基于采场整体安全的矿柱科学设计

矿柱的稳定性是影响矿山生产安全的重要因素。用现有的方法计算单个矿柱安全强度，并确定其破坏与否，难以正确反应存在多个矿柱的采场的整体安全性。文章从分形理论出发，建立了多矿柱采场项板受力模型以及矿柱破坏的分形树模型。通过对矿柱安全系数的分析计算，导出保证采场整体安全的矿柱安全系数，并进一步确定了矿柱的承载面积系数与开采深度之间的函数关系。研究结果对矿山设计、生产与安全具有十分重要的指导作用。     

乌江构皮滩水电站坝基岩体变形参数取值方法

采用同一单元不同尺寸岩体的变形和声波试验研究 ,建立了岩体变形模量与波速之间的关系 ,用“一击双收”弹性波方法建立了岩体波速与面积之间的关系 ,实现了岩体变形模量由“点”到“面”的有机联系 ,同时研究了适合该工程岩体的变形试验方法 ,提出了坝基岩体大面积宏观变形参数     

高应力矿柱在动力扰动下力学响应研究

针对高应力矿柱在遭受爆破、震动、远场地震等外界动力扰动时,往往发生整体失稳,甚至坍塌的现象,对深部矿山二步骤回采预留矿柱进行简化并建立了地质和力学模型,并对应力波在矿柱中传播进行了力学分析;进而采用FLAC^3D数值模拟的方法研究了高径比为4的典型圆柱形矿柱分别在20 MPa、30 MPa、40 MPa静应力作用下竖向应力和塑性区的分布以及在此基础上分别受到峰值为10 MPa、20 MPa、30 MPa动力扰动时的力学响应特性。研究结果表明:矿柱在40 MPa高静应力作用下依然处于弹性变形阶段,可以保持自身的稳定;而高应力矿柱在遭到外界动力扰动时,会产生不同程度的塑性区,稳定性变差;静应力越大,动力的峰值越高,矿柱的稳定性越差,越容易失稳。得到了它们之间的定量关系并给出了保护矿柱稳定性的建议。     

灰岩岩性模拟试验研究

为有效进行相似模型实验,采用水泥、石膏和砂等原料模拟现场的灰岩特性,分别在室内进行了小试样配比试验,以及在室外进行了大样模拟试验,证明采用该模拟材料能较好地模拟原型灰岩的相关力学变形性能。同时利用声波仪,采用弹性波法检测了大样的横波波速与纵波波速,得出了大样的弹性模量和泊松比。根据试验数据,分别讨论了横波波速、纵波波速、抗压强度与抗弯强度相互之间的关系,给出了纵波波速与抗压强度之间的关系式,两者之间具有较好的相关性。     

岩石超声波波谱特性、力学特性及其相关性研究

本文介绍了用SYC-EYC声波数据处理系统和82-01C型岩石超声横波换能器组成的测试系统,以及对各种岩石的超声波声学参数（波速及频谱）与力学参数的相关关系所进行的试验研究。     

基于采场整体安全的矿柱科学设计

矿柱的稳定性是影响矿山生产安全的重要因素。用现有的方法计算单个矿柱安全强度,并确定其破坏与否,难以正确反应存在多个矿柱的采场的整体安全性。文章从分形理论出发,建立了多矿柱采场顶板受力模型以及矿柱破坏的分形树模型。通过对矿柱安全系数的分析计算,导出保证采场整体安全的矿柱安全系数,并进一步确定了矿柱的承载面积系数与开采深度之间的函数关系。研究结果对矿山设计、生产与安全具有十分重要的指导作用。     

饱水对岩溶灰岩力学性质与纵波波速的影响

为研究饱水对岩溶灰岩力学性质和纵波波速的影响,进行自然和饱水状态下岩样的力学性能和弹性波测试。试验结果表明:饱水对岩溶灰岩的单轴抗拉强度、抗拉强度和弹性模量有明显的软化作用,饱水状态试样的峰值应变和泊松比整体上大于自然状态的对应值;岩溶灰岩试样在饱水条件下的纵波波速均明显高于自然状态下的纵波波速,试样的单轴抗压强度和抗拉强度与纵波波速具有较高的线性相关性。基于目前的研究现状,阐述了研究成果在隧道与周边高压充填隐伏溶腔间防突岩层稳定性评价及最小防突厚度确定中的应用。     

利用多次散射波监测介质性质变化的试验研究

 与传统的直达波检测相比,多次散射形成的尾波对介质性质变化具有很高的灵敏度。本研究建立了试验测试系统,对水泥和岩石样品开展散射波试验研究,分析尾波发育规律、尾波干涉数据处理方法和应用条件。得出岩石散射体的浓度和尺度、超声波偏振方向、频率对散射波和尾波形成具有重要影响;观测系统的高度重复性、稳定和高信噪比(SNR)尾波以及变窗口互相关扫描分析是获得高精度尾波干涉测量的关键。测试获得了水泥试件纵波、横波和尾波波速对应力变化的敏感性,与直达波相同,所有样品尾波波速都随应力的增大而增大,不同样品间增大的速率(应力敏感性)不同且随杨氏模量的增大而减小。将该方法用于水泥试件水饱和及楼房承载柱环境变化响应的监测,获得清晰的水泥试件水饱和进程,以及楼房承载柱尾波波速随环境湿度的变化,为利用多次散射波监测介质微弱变化和研究介质性质变化的精细过程创造条件。     

Determination of in situ uniaxial compressive strength of coal seams based on geophysical data

The central issue for pillar design in underground coal mining is the in situ uniaxial compressive strength (σ _cm). The paper proposes a new method for estimating in situ uniaxial compressive strength in coal seams based on laboratory strength and P wave propagation velocity. It describes the collection of samples in the Bonito coal seam, Fontanella Mine, southern Brazil, the techniques used for the structural mapping of the coal seam and determination of seismic wave propagation velocity as well as the laboratory procedures used to determine the strength and ultrasonic wave velocity. The results obtained using the new methodology are compared with those from seven other techniques for estimating in situ rock mass uniaxial compressive strength.      

瑞利波法在确定冲积土地基承载力中的应用

以安县晓坝镇旁边的茶坪河一级阶地为研究场地,利用瑞利波勘探技术结合原位钻探技术,对该场地土层进行了大致划分。基于瑞利波法测得的大量剪切波波速数据、静力触探和标准贯入试验计算的地基承载力数据,分别建立了粉质粘土和砂土的上述两物理量之间的定量关系式。统计和回归分析表明,剪切波速度和地基承载力之间存在线性关系。该试验研究结果有助于快捷、经济地确定河流冲积土的地基承载力,进一步扩展了瑞利波法在岩土工程勘探中的应用。     

盘区开采过程矿柱动态模糊可靠度研究

地下金属矿山盘区开采需构筑大量的人工矿柱,随着开采过程的进行,矿柱内的应力、应变状态不断发生变化。为分析盘区开采全过程的矿柱稳定性,用Midas/GTS软件进行矿柱稳定性的有限元数值模拟,并充分考虑矿岩、混凝土材料参数的随机模糊性。建立矿柱开采全过程的功能函数和动态模糊可靠度方程,并采用MATLAB软件编制相应的求解程序进行求解。通过对昭通铅锌矿某复杂环境条件下矿体盘区开采矿柱的动态模糊可靠性计算和分析,表明了动态模糊可靠度能较好地反映盘区矿体开采全过程的矿柱稳定性变化状况。     

剪切波速对砂土层地震反应的影响

地震动峰值加速度的差异与剪切波速的差异近似呈线性关系。当剪切波速减小时 ,能使地震动分数持时增加的占多数 ;当剪切波速增加时 ,能使地震动分数持时增加或减小的几率差不多。剪切波速减小 ,对地震反应谱长周期部分影响较大 ;剪切波速增大 ,对地震反应谱中、短周期部分影响较大     

基于灌浆前、后波速变化的岩体固结灌浆效果分析

 基于20多个大型水利水电工程固结灌浆检测资料,分别对断层破碎带、风化及开挖影响区等不同条件岩体固结灌浆前、后波速的变化进行分析,建立固结灌浆后岩体波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系。同时,对波速变化与变形参数之间的关系进行探讨,并与瀑布沟水电站进水塔基础固结灌浆试验结果进行比较。结果表明：待灌浆岩体自身的可灌性是固结效果的决定性因素;不同工程条件岩体具有相对应的波速提高率范围,置信水平为95%条件下,断层破碎带、风化岩体和开挖影响区岩体波速提高率范围分别为14%～38%,10%～25%和6%～16%;波速提高率与灌浆前岩体波速之间的关系可以用来对岩体固结灌浆效果进行预测。     

剪切波速-相对密度联合试验与经验公式验证

汶川Ms8.0地震发生的数百公里大规模砾性土液化震害,引起了国内外学者对剪切波速液化判别技术适用性的高度重视。为合理评价波速测试手段应用于高含砾量、宽级配粗粒土液化判别的可靠性,发挥该技术在室内外土动力参数关联方面的独有优势,以相对密度与抗液化强度相关性为基础,通过自主研制大型波速量测系统,开展饱和砂土与砾性土剪切波速-相对密度联合室内试验,分析砾性土相对密度与波速指标内在关联性,对已有经验公式进行验证。研究结果表明:砾性土波速与相对密度呈良好线性关系,颗粒组排结构的不同是导致砾性土与砂土整体波速差异及数据离散度差别的主要原因;砾性土剪切波速对孔隙比变化灵敏度高于角砾砂,所提修正经验公式更适于描述砾性土波速随相对密度变化关系。     

基于弹性波理论的土石混填地基压实质量评价研究

为了准确、高效地评价土石混填地基的压实质量,提出了一种基于弹性波理论的压实质量评价新方法。通过理论与试验分析,建立了土石混合料的剪切波速模型,实现了由土石混合料宏观剪切波速推定出其中石料间细粒土的压实度,并以此来表征混合料整体压实质量。通过室内大型振动压实试验,得到在不同含石量与含水率时,混合料中细粒土所能达到的最大干密度(或压实度),以此作为土石混合料表征压实度评价的参考标准。研究了土石混合料剪切波速与瑞雷面波波速的关系,使得利用现场瞬态面波测试所得到的频散曲线来反演计算剪切波速成为可能。最后通过对某机场跑道填筑工程土石混填地基压实质量的评价,验证了评价方法的可行性。     

Indirect determination of shear wave velocity in slow formations using full-wave sonic logging technique

This article presents a case study concerning a seismic characterization project. Full-wave sonic logging was used to characterize the shallow compressional wave and shear wave velocity profiles in the site. Anomalous values of the Poisson’s ratio derived from the velocity profiles suggested that the boreholes might have traversed slow formations (i.e. with shear wave velocity smaller than the borehole fluid compressional wave velocity or “mud-wave speed”) and that conventional processing of the sonic logs might have misinterpreted the direct arrivals of fluid acoustic waves as arrivals caused by shear wave propagation in the rock. Consequently, the shear wave velocity profiles provided by the contractor were considered to be unreliable by the project team. To address these problems, a non-conventional determination of the shear wave velocity was implemented, based on the relationship between the Poisson’s ratio of the rock formation and the shape of the first train of sonic waves which arrived to the receivers in the sonic probe. The relationship was determined based on several hundreds of finite element simulations of the acoustic wave propagation in boreholes with the same diameter as used in the perforations. The present article describes how this non-conventional approach was developed and implemented to obtain the shear wave velocity profiles from the raw sonic logs. The approach allows an extension of the range of applicability of full-wave sonic logging to determination of shear wave velocity profiles in formations with low compressional wave velocities. The method could be used to obtain shear wave velocity profiles where compressional wave velocity is as low as slightly larger than the mud-wave speed. A sample sonic log in Log ASCII Standard (LAS) format is provided as supplementary material to this paper via Mendeley Data, together with the FORTRAN source code used to process the log following the approach described in this study.