【摘要】：大量巖石實驗證明了巖石的聲彈性現(xiàn)象的存在,即巖石的彈性波波速會隨著巖石應(yīng)力狀態(tài)的改變而改變。巖石的聲彈性現(xiàn)象為地應(yīng)力無損檢測提供了可能,目前許多研究利用聲彈性理論來測量介質(zhì)中的應(yīng)力和三階彈性模量,同時也可利用巖石孔周聲速的大小來預(yù)測巖石中主應(yīng)力的方向。在諸多聲傳播的介質(zhì)中,巖石的非線性效應(yīng)比其他介質(zhì)明顯,所以一直以來研究干燥巖石聲彈性效應(yīng)及其孔周聲速的較多。而在流體飽和孔隙介質(zhì)中,由于存在流體和固體耦合的非線性項,流體飽和孔隙介質(zhì)的聲彈性要比單相介質(zhì)情況復(fù)雜。對于其三階彈性模量測量會有一些困難,因此,目前對于水飽和巖石的聲彈性效應(yīng)和孔周聲速的研究較少。進行干燥和水飽和巖石三階彈性模量及其孔周聲速的實驗探究,對地應(yīng)力的測量和理論研究都具有重要的研究意義。本文基于聲彈理論,選用不同材料的兩種天然巖石,分別測定了其在未烘干狀態(tài)下、干燥狀態(tài)下和水飽和狀態(tài)下隨單軸應(yīng)力變化的聲速,即縱波速度、偏振方向與應(yīng)力平行和垂直的橫波速度�；诼晱椆�,利用最小二乘法和誤差分析,我們分別得到了烘干前狀態(tài)、烘干后狀態(tài)和飽水后狀態(tài)巖石的三階彈性模量。然后,類比Biot理論,引入滲流體應(yīng)變來修正聲彈理論,建立了孔隙介質(zhì)的聲彈性等效模型。再次運用最小二乘法,求得流體飽和孔隙介質(zhì)中流-固耦合的三階彈性模量。利用這組流-固耦合的三階彈性模量求出了水飽和巖石的理論速度值,發(fā)現(xiàn)此等效模型可以很好的描述了水飽和巖石中速度與應(yīng)力的關(guān)系,從而證明了此等效模型的可行性。對于應(yīng)力的測定,本文這部分內(nèi)容是在第一部分的實驗基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)的,即通過對銹石加載單軸壓力,通過透射法,分別測量其在烘干前樣品、烘干后樣品以及飽水后樣品聲波隨不同應(yīng)力變化的波形圖。我們發(fā)現(xiàn)聲波波形的幅度值隨應(yīng)力的增加而發(fā)生線性的變化,從而認(rèn)識到波形幅度攜帶應(yīng)力信息。由擬合公式獲取的應(yīng)力值與實驗應(yīng)力值基本一致。這啟發(fā)我們對于在應(yīng)力作用下波形幅度變化明顯的樣品,可通過幅度來求取應(yīng)力值。對于帶孔銹石樣品的孔周聲速的測量,本文分別測量了其在烘干前樣品、烘干后樣品以及飽水后樣品的孔周聲速,即在不同方位角時、加載不同單軸應(yīng)力時的縱波以及與應(yīng)力方向平行和垂直的橫波速度值。我們發(fā)現(xiàn)在帶孔銹石1樣品中,其負(fù)載應(yīng)力速度大小隨方位角的變化規(guī)律與以前學(xué)者的研究基本一致,即最大波速方向?qū)?yīng)最小主應(yīng)力方向,最小波速方向?qū)?yīng)最大主應(yīng)力方向。由于帶孔銹石2材質(zhì)原因,其干燥和水飽和樣品的聲速在0°和330°左右出現(xiàn)非正常極大值,但是銹石2在其他方位角處的聲速變化規(guī)律與銹石1的結(jié)果是相似的。因此可見,由孔周應(yīng)力集中引起的飽和孔隙介質(zhì)的孔周方位聲彈效應(yīng)變化規(guī)律與彈性情況基本一致。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O347.41
【圖文】：

在初始應(yīng)力的影響下，介質(zhì)中的聲波速象。目前有許多的研究者已經(jīng)對純彈性固研究工作和擁有眾多完善的結(jié)果。自從 B理論以來，在流體飽和孔隙介質(zhì)的力學(xué)理了大量的研究工作，尤其在流體飽和孔隙導(dǎo)了干燥巖石的三階彈性模量的理論公式立了飽和流體孔隙介質(zhì)的聲彈理論的等的理論推導(dǎo) 和 Brugger(1964)，設(shè)樣品所受單軸沿坐標(biāo)1 方向傳播的平面波方程為 t ……………………………

圖 3-1 實驗裝置圖增加壓力，測量不同應(yīng)力狀態(tài)下的縱波和橫波速度，由速度測近的斜率，通過理論公式，得到三階彈性模量值，結(jié)果顯示干與流體飽和孔隙巖石的實驗結(jié)果不匹配。類比其實驗方法，本

【參考文獻】

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本文編號：2741025