基于纵波波速的块状岩体GSI系统

 为减少目前GSI系统对现场地质观察的依赖程度,降低其应用难度,且使其能更加准确地反映一定深度范围内的岩体特性,根据现有研究成果与GSI系统输入参数的定性、定量对应关系,建立基于纵波波速的GSI系统,据此获得大岗山坝区岩体的GSI,通过对比分析此结果与经验公式的结果及基于GSI的岩体变形模量的预测值与实测值的分布规律及其相关性,探讨了将岩体完整系数和岩石风化程度系数作为GSI系统输入参数的可行性。结果表明：基于岩体完整系数和岩石风化程度系数的GSI系统基本可行;风化程度输入参数采用风化岩石与未风化岩石的波速比平方较为合理;岩体完整系数和岩石风化程度系数丰富了GSI系统的输入参数。     

利用纵波探头测量横波速度的试验

横波测试时岩石内也存在纵波，纵波幅值较小且先于横波达到，确定横波的初至时间相当困难．对具有较大平面的岩块，可以利用纵波探头测定横波速度。将两个纵波探头平行放置在同一平面，利用润滑脂耦合。发射探头对岩块法向脉冲后产生纵波，同时在其垂直方向产生横波沿该平面的方向传播．横波引起的质点振动方向垂直于岩块表面，可以由纵波探头接收。由于探头端面并不是一个点，以两探头中心点距离计算将得到横波速度的上限值，而以探头内侧距离计算则得到其下限值。     

饱水度对砂岩纵波波速及强度影响的试验研究

 在岩石饱水度、纵波波速及强度的相关性研究中,较少综合地考虑饱水、风干过程及各向异性对岩样纵波波速、强度的影响,而这些问题的研究对于超声技术在岩石物理力学参数测试中具有重要的意义。基于此,选取三峡库区典型层状砂岩,制备垂直层理和平行层理两种岩样,进行岩样的饱水和风干试验。试验结果表明：(1) 岩样的纵波波速与饱水度具有明显非线性、非单调的关系,含水岩样的纵波波速不仅与饱水度的大小有关,而且与饱水、风干过程有关。(2) 砂岩各向异性明显,在饱水和风干过程中,垂直层理岩样纵波波速的变化幅度明显大于平行层理岩样,饱水后,砂岩的各向异性特征略有增强。(3) 在饱水、风干过程中,岩样的抗压强度和纵波波速存在变化规律不一致的现象,岩石矿物颗粒表面和孔壁的吸附水对岩样的弹性模量和强度影响较大,而岩石孔隙内的饱水程度对纵波波速的影响更为明显。研究成果对含水岩石的强度、波速测试分析具有较好的参考价值,同时,相关试验方法也可以为类似试验提供参考。     

地基层状岩石纵波波速与密度相关性试验研究

岩石声学特性研究多以单一岩石为研究对象,几乎没有涉及层状岩石,而地基工程中常常遇到层状岩体问题.试验岩样采自地基层状岩体样本,测定了不同密度的玄武岩、花岗岩、石灰岩以及三者组成的层状岩石的纵波波速.运用回归分析的方法,分别研究了不同岩性以及层状岩石的密度和其纵波波速的关系.研究表明:单一岩石和层状岩石的纵波波速和密度之间存在很好的线性关系;结构面的存在引起层状岩石波速的降低;建立了层状岩石纵波波速与密度的数学关系式.     

地壳岩石波速和电导率实验研究

在高温高压条件下研究了地壳岩石的纵波速度和电导率变化特征。实验结果表明,在给定压力条件下,升温至岩石内部出现部分熔融时,波速有较大幅度的下降,而电导率有几个量级的增大。对于花岗岩16％的部分熔融可使纵波速度降低5％,而辉橄岩11％的熔融可使电导率增大约两个数量级。这一结果为解释青藏高原地区地壳中出现的低速高导层提供了实验依据。     

三种岩石高温后纵波波速特性的试验研究

对经受不同高温后熔结凝灰岩、花岗岩及流纹状凝灰角砾岩的波动特性进行了研究,分析比较了三种岩石纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力随经历温度的变化规律,并研究了纵波波速与密度,纵波波速与弹性模量,纵波波速与峰值应力的关系。结果表明,经历高温后三种岩石的纵波波速、密度、弹性模量及峰值应力均有不同程度的降低,且随着经历温度的升高,降低的幅度增大。此外,纵波波速降低的幅度均大于密度降低的幅度;而纵波波速与弹性模量、峰值应力的关系则依赖于不同的岩石而表现出不同的规律。     

岩石风化程度特征指标的分析研究

岩石风化程度的划分及工程特性研究，对于工程基础面高程的选择以及工程环境或工程材料的利用具有重要意义。关于岩石风化程度划分目前多是采用工程地质定性评价方法，依赖定性的不确定判据进行岩石风化程度划分带有很大随意性。因此，研究和发展定量分析评价方法是必要的。岩石经过风化作用，形成的风化裂隙具有无方向性、不规则发育等特点，与构造作用形成的微裂隙有着本质区别；风化作用改变了岩石的矿物成分，岩石在风化过程中表现出来的阶段性，反映了岩石的不同风化程度。基于对风化岩石显微裂隙的发育状况及其次生充填特点、长石蚀变性质、粘土矿物成分变化等定性资料的分析研究，给出了定量化的统计，建立了岩石风化程度划分的判据。给出的定量指标很好地反映了风化岩石质量，且与反映岩石风化程度的一些物理力学指标存在良好相关性。     

饱水过程中类岩石材料波速和电阻率变化规律及其相互关系试验研究

 研究饱水过程中岩石波速和电阻率变化规律及其相互关系,对实际工程中岩石物性判断和地球物理探测资料综合分析解释具有重要意义。为防止原岩试块的矿物组成、原生裂隙等其他因素对试验结果的影响,采用水泥砂浆制作了30组孔隙率不同的类岩石材料试块,系统测试了饱水过程中不同试块的波速和电阻率变化情况,分别揭示了波速和电阻率随饱和度、孔隙率的变化规律。采用常用的基于Wood理论假设的Gassmann方程得到了波速与饱和度、孔隙率的理论关系,但与试验实测结果相比,该理论关系不能较好的描述饱水达到门槛值之后波速快速上升的特征。对此,考虑重力等影响对试块中孔隙水的分布状态做出了合理假设,修正了饱水全过程中波速与饱和度、孔隙率的关系式,与试验实测数据变化特征较一致。同时采用Archie的非饱和岩石电阻率模型公式对电阻率随饱和度和孔隙率变化规律进行了较好拟合。在此基础上,针对以往波速与电阻率关系研究中仅以孔隙率为纽带的问题,综合考虑孔隙率和饱水状态对波速-电阻率变化规律的影响,建立了以试块孔隙率和饱水状态为桥梁的波速–电阻率关系,与试验实测数据拟合较好,并通过石灰岩原岩试块测试验证了其合理性。     

利用纵波探头测定层状岩石的弹性常数

测量了2种岩块的垂直和平行于层理面两个方向的超声波速,数据表明平行于层理面方向及其法线方向具有很明显的波速各向异性,即平行于层理面方向的波速各方向数值近似相等且大于垂直于层理面方向波速。基于此,建立层状岩石的横观各向同性介质模型。根据横观各向同性介质波动理论,结合波速、波幅的变化规律分析,通过纵波探头平测法,测试了有较大平面的岩块横波在层理面内的偏振波速。在椭圆近似假设的基础上,即声波的横向的各向同性,其他方向各向异性以及纵横向之间按椭圆规律变化,简化了关于横向各向同性岩石动力参数的计算,得到了仅利用纵波探头测量4种波速即可近似地反演出横向各向同性岩石5个独立参数的结论。这对层状的岩体中的工程动力计算有其积极意义。     

各向异性岩石纵、横波的波速比特性研究

通过对板岩、千枚岩、糜棱岩和变质砂岩等4种各向异性岩石在平行和垂直层理或板理的3个正交方向上进行大量的纵、横波波速试验，并结合对相关文献中已有岩石波速数据的深入分析，提出岩石介质纵、横波波速比的各向异性效应。这种效应广泛存在，其发育程度受到岩石类别的控制。在试验所用的4种岩石中，板岩和千枚岩的波速比的各向异性明显，而糜棱岩和变质砂岩则不甚发育。波速比的各向异性特征主要表现为垂直层理方向上的波速比普遍小于平行层理方向，且两方向波速比的相对增量还随着垂直层理方向上的波速比的增大而逐步减小。基于横观各向同性弹性介质的波速方程，还进一步通过具体算例对这一特征进行较好的理论分析。     

川东北地区岩石纵波速度分布特征和影响因素的试验研究

 岩石的矿物组分、微构造和其所处的温度围压状态是岩石声波速度的决定性因素。针对中石化川东北重点勘探区全层位的砂泥岩和碳酸盐岩地层,选取具有代表性的49种岩样,开展常温常压、常温围压和温度围压条件下的岩石声波速度测试,系统地分析中石化川东北重点勘探区全层位岩石波速的分布规律和在温度围压条件下的变化特征,得出川东北地区砂泥岩、碳酸盐岩纵波速度的均值和变化范围;采用多种数学模型研究川东北地区砂泥岩、碳酸盐岩和全层位岩石纵波速度与地层埋深、密度的相关关系,确定最优回归方程。探讨影响川东北地区砂泥岩、碳酸盐岩纵波速度的主要因素,建立温度、围压和层位与纵波速度的定性定量关系并进行初步的机制分析。综合分析表明：川东北地区砂泥岩呈现出正常沉积压实特征;碳酸盐岩的微构造复杂,微构造是决定碳酸盐岩岩声学响应特性的重要因素。     

利用波速、密度和体积模量估计微裂隙岩体的渗透率演化

热致裂隙会引起储层岩石渗透率的显著增加,利用弹性波速、密度和弹性模量的改变预测裂隙引起的渗透率的变化.对Westerly花岗岩样进行了250℃、450℃、650℃和850℃的热处理,温度的升高引起了各向同性均布裂隙的长度、隙宽和密度的增加.采用去离子水作为孔隙流体,测试了10、30、50 MPa有效应力下的渗透率.对同...     

含气饱和度对碳酸盐岩声波速度影响的试验研究

 用试验方法探讨碳酸盐岩的纵横波速度、纵横波波速比随不同含气饱和度的变化关系。结果表明：(1) 随着含气饱和度的增加,纵波速度、纵横波波速比总体呈减小趋势,而横波速度几乎不受影响。(2) 声波频率对纵横波速度、纵横波波速比都有一定影响,不同频率下的纵横波波速比主要分布范围不一样,Sg = 0%时的纵横波波速比大于Sg = 100%时的纵横波波速比。(3) 将完全饱和的岩石模拟为水层,随着水层中含气量的增加,纵横波波速比从背景值开始递减,递减幅度越大说明水层逐渐向气层过渡,同时结合纵波速度递减的特点为利用声波测井资料指示气层奠定理论基础。(4) 所探讨的纵横波波速比可为碳酸盐岩气层识别提供一定的参考依据,但实际应用时还需结合其他相关参数才能更准确地评价储层。     

谷坡岩体卸荷带划分量化指标研究

谷坡岩体卸荷在水利水电工程边坡中是一种常见的地质现象,对岩石边坡稳定性及相关岩石工程问题有着重要的控制意义,卸荷带定量划分一直受到水利水电工程勘测与设计的重视。用于卸荷带定量划分的指标很多,比较常用的是反映岩体结构特征的量化指标。根据水利水电工程实践,讨论谷坡岩体卸荷带划分量化指标问题,提出以张开裂隙宽度、张开裂隙累计宽度、波速比作为谷坡岩体卸荷带划分的量化指标。     

长江三峡工程临时船闸中隔墩全波列声波测井试验研究

长江三峡工程临时船闸中隔墩全波列声波测井试验 ,其目的是解决三峡工程临时船闸中隔墩经爆破开挖后岩体完整性问题 ,划分出爆破影响带 ,卸荷松驰带及松驰带以下岩体结构。全波列声波测井可获得纵波速度(Vp) ,横波速度 (Vs) ,声波衰减系数 (α ) ,声波频率特性 ,泊松比及动弹性模量等参数及其它系列资料 ,根据取得资料划分岩体结构。     

柏叶口水库坝址基岩风化的综合判定

通过勘察研究,阐述了工程场区岩体风化类型及岩体强风化带、弱风化带、微风化带在空间上的分布及其规律,分析了岩体风化波速比Kw、岩体完整性系数KV和RQD值之间的相关性,确定了综合划分工程场区岩体风化带的定性和定量指标。     

风化岩石的破碎分形及其工程地质意义

利用分形统计的方法,对风化花岗岩矿物成分的粒度分布特征进行了分析和统计,并根据分析的结果指出,岩石的风化破碎过程具有分形特征。其粒度分布的双对数曲线为多段折线,不同斜率的折线段对应不同的分形维。因此,分形维至少有2个数值,一为结晶颗粒粒度分形维,一为碎裂颗粒粒度分形维。同时,根据试验结果和理论分析得到,碎裂粒子的累积频率分布也符合指数分布,并给出了用指数分布系数求解碎块的碎裂概率的理论计算公式。随后,讨论了碎裂分形维和岩石强度与颗粒结构的关系,并以岩石的降维碎裂演化,得到以分形维描述的岩石风化速率。     

层状岩体超声波测试技术的研究

本文采用RSM-SY5声波测试仪,测定了在静压力作用下玄武岩、石灰岩、花岗岩和由三者共同组成的层状岩体的纵波波速,得出层状岩体的纵波波速介于三者之间。