饱水对致密岩石声学参数影响的试验研究

通过纵、横波透射测试得到了岩石内部结构的一些信息,对致密板岩、花岗片麻岩、黑云母片麻岩的声学参数进行了研究。对岩石岩样声波运动和动力参数的分析发现:(1) 上述三种岩石吸水率均较低,一般为0.05%～0.2%。其纵波波速受水的影响较小,饱水后花岗片麻岩、黑云母片麻岩纵波波速略有提高,提高幅度为1.35%～1.97%,板岩纵波波速略有降低,变化小于0.95%;而对于这三种岩石横波速度提高0.22%～1.61%。(2) 板岩、黑云母片麻岩等区域变质岩的波速各向异性特征明显,而花岗片麻岩波速不存在明显的各向异性特征。饱水对区域变质岩的波速各向异性略有强化,而对花岗片麻岩影响很小。(3) 饱水后,从上述三种岩石接收到的纵波波谱都发生了变化,纵波主频明显降低,表现为对波谱中高频成分滤波作用的增强。在饱水和烘干状态下,岩石的滤波作用都表现出了明显的各向异性,这反映出岩石不同方向上的微观结构存在差异。     

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。     

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。     

一种测量岩石声波速度和衰减谱的技术

提出了一种实验室测量岩石声波速度和衰减谱的技术,可直接比较来自岩样顶界面的反射波和穿透岩样的透射波。通过对这两个波的频谱分析,并考虑了漫射的耗散修正,从而给出了连续的声波速度和衰减谱。这种技术可应用于高温高压的测量环境,并可测量相对松散的岩石。     

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。     

川南地区龙马溪组页岩岩石声波透射实验研究

为了获得对龙马溪组页岩储层声波传播特性的规律,选取川南地区下志留统龙马溪组页岩野外露头岩块,钻取不同层理角度的岩心(10个层理角度),采用透射法系统地分析了龙马溪组页岩不同层理角度的岩石纵横波速度,计算页岩岩石动弹性力学参数。研究结果表明川南地区龙马溪组页岩的纵横波速度呈显著的正线性关系,页岩岩石的纵横波速度比均值或纵波速度随层理角度的增加而减小;页岩岩石的动弹性模量、体积模量及剪切模量与岩石的纵横波速度有较好相关性,呈指数关系,而动泊松比与岩石纵波速度有良好线性相关性;声波速度随层理角度的增加或频率减小而减小,与频率呈良好的正对数关系;声波衰减系数随层理角度的增加或频率的增加而增大,与频率呈弱线性关系。     

单轴压缩下饱水裂隙砂岩体积效应的试验研究

为研究水和岩样体积对砂岩物理力学及变形特性的影响,采用MTS815型岩石力学测试系统,对干燥和饱水状态下的3种不同体积(高径比2∶ 1)完整和裂隙砂岩进行单轴压缩试验。结果表明:完整和裂隙砂岩的孔隙率与饱和吸水率与岩样体积成正比;干燥和饱水的完整与裂隙砂岩单轴抗压强度均随体积增大而小幅降低;砂岩弹性模量和变形模量与岩样体积呈负相关,且水降低了砂岩的弹性模量与变形模量;干燥砂岩的泊松比随岩样体积增加而增大,而饱水砂岩则随岩样体积先增加,后稳定;干燥的完整和裂隙砂岩的宏观破坏形式由小尺寸的轴向多劈裂面破坏逐渐转变为大尺寸的单一剪切破坏,水的存在对岩样单轴压缩破坏形态没有明显影响。     

单轴压缩状态下饱水裂隙片岩超声试验研究

超声波波速作为一种无损检测手段,对岩石、岩体工程的损伤和破裂过程预测有一定的意义。从声波波速的角度出发,测试无受力和受力状态下干燥、饱水裂隙片岩的纵波波速,研究饱水天然裂隙片岩的波速特性及在压缩全过程中波速随应变的变化规律,探讨超声波特性与岩石损伤和失稳、破坏间的关系。研究结果表明:在未受力条件下,饱水试件比干燥试件的波速有明显的增加,平行裂隙波速V‖饱水前后的增量在0.928%~15.357%范围内,垂直裂隙波速V⊥饱水前后的增量在20.042%~113.362%范围内,饱水前后波速的变化呈现出一定的分散性;垂直裂隙的波速V⊥比平行裂隙上的波速V‖受水的影响明显,垂直裂隙方向上的岩石饱水波速较天然波速增加均在2倍以上,而平行裂隙上饱水岩石的波速变化小,岩石各向异性弱化。在压缩过程中,干燥和饱水裂隙片岩垂直裂隙方向波速V⊥在压密及线弹性阶段均表现出非线性的特性,在应力峰值点,岩石超声波波速急剧降低,岩石裂隙扩展明显。相比于垂直裂隙方向声波的变化,平行裂隙方向的波速V‖只有在峰值应力处,波速有个跌落,但饱水状态下V‖表现出一定波动性。     

不同含水状态花岗岩断裂力学行为及声发射特征

利用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统及声发射(AE)三维定位实时监测系统,对两种不同含水状态的深部细粒英云闪长岩进行了三点弯曲试验,得到烘干状态及饱水状态下花岗岩的载荷–LPD曲线、声发射振铃计数率、AE撞击数曲线。试验结果表明,在水的影响下花岗岩的断裂力学特性和声发射特征都有较大变化。饱水状态岩样的平均断裂韧度为干燥状态下的87.5%,且在试验过程中整体的变形变大,其刚度变小,脆性减弱,强度变低。在岩样三点弯曲的各个阶段,饱水岩样的声发射振铃计数率远小于干燥状态岩样;在试验过程中出现了明显的Kaiser效应。岩样以V型截面拉断破坏为主;饱和岩样声发射事件数远大于干燥岩样。研究结果对于受含水层影响的深部花岗岩岩土工程设计及施工具有重要的理论及实际指导意义。     

饱水大理岩的波速变化特性研究

 通过对烘干和饱水状态下的大理岩进行纵波波速测试, 发现饱水后的大理岩波速将发生变化并表现出明显的分散性, 波速的各向异性也被弱化, 长期浸泡后, 大理岩的波速还可能会降低。引入绕射系数k , 对W yllie 公式加以完善, 从理论上较好地给予了解释。