流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性

研究流体-孔隙介质圆柱界面波传播特性,分析孔隙介质孔隙率等参数对频散曲线的影响。理论上建立了无限大流体包裹孔隙介质圆柱界面波的模型,利用孔隙介质弹性波动理论,通过数值模拟计算得到流体-孔隙介质圆柱的频散曲线及时域波形,并分析了孔隙介质为开孔和闭孔状态下孔隙介质圆柱半径、孔隙率及渗透率对频散曲线的影响。结果表明,时域上斯通利波可以被明显区分开,孔隙介质圆柱半径的变化改变了圆柱尺度,孔隙率的变化改变了孔隙介质的纵、横波波速,因此对于斯通利波频散曲线的影响较大。而渗透率的变化既不改变圆柱的尺度也不改变孔隙层的纵、横波速度,因此对斯通利波频散曲线影响较小。     

裂纹数密度具有空间分布的随机介质模拟理论

利用随机过程的谱展开理论以及Hudson的裂纹介质模型，构造一种裂纹数密度具有空间统计分布的随机介质模型，给出了详细的理论推导过程。该模型利用Hudson理论的将裂纹微观参数(裂纹数密度、裂纹半径等)与裂纹介质的宏观性质(弹性常数)联系起来的特点，对可以用二维指数椭圆型、Gaussian型自相关函数描述裂纹数密度的裂纹介质，进行了二维随机介质的模拟。结果表明：(1)基于这一模拟理论的随机介质模型能灵活、有效地描述实际非均匀、各向异性裂纹介质：(2)裂纹数密度对随机裂纹介质的各个弹性常数具有不同程度的影响：(3)Gaussian型自相关函数能描述单尺度平滑的非均匀介质，而指数型随机介质具有多尺度、自相似的特性。     

二维随机孔隙岩石模型及其波场分析

 建立非均匀介质中随机孔隙岩石模型,引入局部半径(r)和局部孔隙密度(p)两个模型参数。用局部半径(r)表示每一个孔隙分布区的半径,用局部孔隙密度(p)表示孔隙介质在各个孔隙分布区中所占空间的百分比。这个模型可以模拟孔隙尺度具有空间统计分布的随机孔隙岩石介质,并将随机介质模型参数(r,p)与孔隙介质的宏观特性(弹性波速度)直接联系起来。结果表明,选择合适的模型参数能够描述实际复杂的孔隙岩石介质。不同形式的随机孔隙岩石模型中纵波速度和横波速度的变化程度各不相同。弹性波速度相对于大孔隙的响应更容易分辨,在一定的局部孔隙密度和局部半径下,孔隙分布的相对位置变化对波速几乎没有影响。横波对随机孔隙岩石的分辨率比纵波高,横波对随机介质各向异性,特别是对微裂隙相当敏感。     

基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明：页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。     

基于岩土介质三维孔隙结构的两相流模型

地下储层中岩土介质一般具有较低的孔隙连通性,宏观流动模拟一般忽略微观尺度的孔隙连通性,通过渗透率、弯曲度等参数反映储层的整体特性。但岩土介质的多孔性及孔隙间复杂的连通性,使得宏观描述流体在岩土介质中流动不能反映其内在流动特征。孔隙结构模型的建立可以反映岩土介质中孔隙的几何形态及空间连通性,为解释流体在复杂多孔介质中的流动特性提供有效手段。通过考虑岩土介质孔隙尺寸分布、孔隙孔喉空间相关性、孔隙连通性等特征参数,建立了反映不同岩土介质连通性、各向异性特征的等效孔隙网络模型。等效孔隙网络模型通过水力特征参数等效的方式反映岩土介质三维微观孔隙结构,通过渗透率计算验证了模型的有效性。此外,基于建立的孔隙结构模型,开发了孔隙尺度动态两相流计算模型,模型可以反映孔隙内弯液面的动态运动过程,直观反映多孔介质中的优势渗流,可以为不同孔隙尺度岩土介质提供表观渗透率、击穿曲线、相对渗透率曲线等宏观计算参数。将孔隙尺度两相流模型应用于页岩气开采中水力阻滞特性研究,结果表明:页岩基质的残余饱和度约为30%,随着平均配位数的增加,残余饱和度显著降低。     

桩-承台基础-土共同作用的非线性有限元分析

利用有限元方法,对桩—承台—土共同作用进行了探讨．采用邓肯张非线性弹性模型,并在桩与土的接触面上设置了ＤａｎｃａｎＣｌｏｕｇｈ 非线性弹性界面模型来模拟两种不同介质接触面形状     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

不同介质互层分布的弹性半空间地震波场输入

基于Biot两相饱和多孔介质动力学理论,提出两相饱和多孔介质与单相固体介质互层弹性半空间地震波场解析计算方法,为两相饱和多孔介质和单相固体介质互层分布弹性半空间中的地下结构的地震波场输入提供理论基础。     

饱和土沉积谷场地对平面P波的散射

把沉积谷软土场地用饱和多孔介质的Biot动力学理论模拟 ,周围的场地用单相介质弹性动力理论模拟 ,利用波函数展开法 ,在频域内给出了不同土层界面条件 (透水条件和不透水条件 )下具有饱和土沉积层的圆弧形沉积河谷场地对平面P波散射问题的解析解。利用该解分析了不同土层界面条件 ,以及饱和土层的孔隙率和饱和度在不同入射角下对地面运动的影响     

岩石的非线性弹性-塑性硬化帽盖模型

本文用连续介质力学的理论分析了岩石屈服前的性状,导出了岩石介质的非线性弹性的本构方程并与试验资料进行了比较,结果令人满意。进而用非线性弹性取代一般帽盖模型中关于弹性区的线弹性假设,给山了一个新的非线性弹性-塑性硬化帽盖模型。     

在围压下岩石弹性波速的研究

本文介绍在单轴和三轴压缩下岩石的纵波波速、横波波速、动弹性模量、动剪切模量和动泊松比及强度等物理力学参数的变化规律及其与力学特性的关系,同时综述一定围压下温度对岩石弹性波速的影响。     

岩石非线性细观响应中温度 对岩石力学性能的影响

 对饱和岩石随温度变化情况进行实验研究，其结果显示：饱和岩石随温度升高，模量、波速减小；随温度继续升高，模量、波速又随温度升高而增大。这一规律是热激活弛豫波动理论模型的佐证。将这一温度效应引入隐含内力的细观PM(Preisach-Mayergoyz)模型中，则模型中的模量Ki变为与温度相关的函数Ki(T)。温度T的变化同样会引起PM空间中滞回细观单元(HMU)特征长度和PM空间HMU密度分布的变化，从而引起宏观模量的变化，为此建立温度对PM空间非经典单元(NCU)密度影响的函数关系。在此基础上进行温度效应的细观研究，且对循环加载滞回圈的温度效应进行模拟，取得滞回圈随温度升高向应变增大方向移动，滞回圈模量降低，随温度继续升高，滞回圈又随温度升高朝低应变方向移动，模量增大。这一细观模拟结果与国内外相关实验结果是一致的。     

花岗岩经历不同高温后纵波波速分析

对25块花岗岩试件在经历不同高温前后测试出其纵波波速并由测得的纵波波速计算出花岗岩的动力弹性模量，同时应用力学的常规压缩方法直接测试计算了岩石的静力弹性模量，分析了经历不同高温后花岗岩纵波波速和弹性模量的变化规律。测试结果表明，经历高温后花岗岩的纵波波速有不同程度的减少，而且随加热温度的升高，减少的幅度增大。另外，动力弹性模量的变化幅度要远大于静力弹性模量的变化幅度，这说明经历高温后岩石纵波波速的变化比力学性质的变化更剧烈。     

冻土超声波波速与冻土物理力学性质试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质．运用UVM-2型声速测定仪，测定不同密度的冻结砂土、冻结黄土和冻结粘土在不同温度下的超声波波速(纵波波速和横波波速)。对比分析不同土质的冻土，在温度和密度变化时超声波波速的变化，得出以下结论：土质颗粒的大小及组成成分在土冻结且在温度继续下降的过程中，通过影响结合水含量的变化而影响未冻水含量的变化．从而进一步影响冻土中的超声波传播速度．所以，可以在超声波波速与温度变化和未冻水含量与温度变化的基础上，建立超声波波速与未冻水含量的关系，通过测定超声波波速来量测冻土未冻水含量．密度的变化也影响着冻土纵、横波波速的变化，且冻结黄土的波速受密度变化影响较大，而冻结粘土则较小。冻土土质类型不同．透过它们的纵波波速和横波波速的变化范围也不同，可以通过对比表示压缩和剪切相对幅值的纵横波速比比值，来判定此冻土的土质类型，一般冻结粘土为1．07，冻结黄土为2．15，冻结砂土为0．7。根据弹性理论，泊松比与波速比有关，所以可以直接测量冻土的波速比研究冻土的强度及变形性能．     

岩体中弹性波传播尺度效应的初步分析

含缺陷岩体具有尺度效应,此类岩体中传播的弹性波也有尺度效应。对现场测点 EC37-201-06 ,在 3.0 ´ 3.2 m² 的范围内采用动态有限元方法进行了 15 种尺度的弹性波传播规律的分析研究。对现场测点 EC37-101-06 ,在 1.2 ´ 1.2 m² 的范围内采用准静态有限元方法进行了 60 种尺度的弹性波波速与围压及计算尺度的关系的计算分析。前者采用了射线理论分析思想,而后者采用等效介质分析思想,得到了相应的弹性波的尺度效应,但二者规律有差异。为建立二者间的联系,也为了工程应用,基于量纲理论分析方法,给出了一个半理论的波速与入射波频率的计算公式。与现场声波和地震波测试结果,以及考虑随机分布单节理散射模型的计算结果进行比较,初步分析结果表明,此公式基本可行。     

Foundation dynamic properties of meta-sedimentary rocks from cross hole seismic tests

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - Dynamic moduli of weak rocks required for power plant foundation design were derived from shear wave velocities. The shear wave velocities were...     

超声纵波测量冻土动弹性模量的试验研究

超声波在介质中的传播速度反映了介质的物理力学性质。本文运用普通纵波换能器测定了不同含水率的冻结粉质粘土在不同温度下的纵波和表面波速度,从而测定并计算冻土的动弹性模量和泊松比。其中表面波速度采用的是一种用接收波波峰相关散点回归来计算的新方案,能够有效排除边界和底面反射波的影响。试验和计算结果表明：冻结粉质粘土的泊松比随温度升高和含水率增加而增大;动弹性模量在试验含水率的范围内随含水率的增大而减小。     

灰岩在三轴变围压循环压缩中的变形特征研究

 岩石在周期荷载作用下的力学性能是影响岩体工程长期稳定性的重要因素之一,需研究循环荷载作用下岩石的特性及演化规律。首先采用声波纵、横波波速测量方法,对岩样进行筛选。设计灰岩在施加不同围压和恒定循环上限应力作用下,三轴变围压循环加卸载下岩石变形特征测试方案。三轴变围压循环试验在GCTS–1000型岩石力学测试系统上进行,通过对试验结果的分析表明：(1) 灰岩在变、恒围压加、卸载循环中,形成一封闭的塑性滞回环。在轴向变形上滞回环面积逐次缩小;而变围压循环在径向变形上滞回环面积逐次增大,而恒围压循环在径向变形上滞回环面积几乎相等。(2) 在三轴变围压循环压缩试验中,围压增加和循环上限应力不变,残余变形量随着循环次数的增加而呈现出一个递减的趋势,轴向应变和径向应变的发展趋势是相反的。(3) 在整个循环加卸载过程中,各个加卸载阶段变形模量值不同,卸载阶段变形模量高于加载阶段变形模量。(4) 变围压循环加、卸载阶段变形模量的值大于恒围压循环加、卸载阶段下变形模量的值。通过试验,揭示灰岩在三轴变围压循环下,加载和卸载2种力学状态时变形特性的差异。同时分析变围压循环和恒围压循环状态下岩石弹性参数的差异性。     

小观音坝址区岩体弹性波特征及其应用

  利用勘探平硐的硐壁波速和硐间整体穿透波速的测试成果,分析了小观音坝址区岩体弹性波速度的空间分布特征,鉴于该坝址区以自重应力为主的地应力场特征,讨论了岩体弹性波速度与地应力场的关系。在建立岩体弹性波速度与岩体力学参数间关系的基础上,并以岩体波速为桥梁,探讨了岩体力学参数与地应力之间的关系。利用建立的各种关系,对坝址区难以开展现场试验但又需要岩体力学参数的某些地段,可以通过弹性波测试甚至根据空间位置,确定或估算其岩体力学参数,以供坝址区岩体质量评价、岩体力学分析和计算使用。     

Determination of rockmass quality by the crosshole seismic method

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - The purpose of the method is to map velocities of P- and S-waves, elastic moduli and attenuation coefficients in the region between two...