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《岩土力学》2017,(10):2939-2948
以不同加载方式下裂隙岩体中弹性波传播特性试验为基础,首先通过对比试验中弹性波波速、波幅与岩体宏观损伤的关系,给出了采用弹性波波幅来表征的裂隙岩体宏观损伤变量;其次利用统计强度理论定义了岩石的细观损伤变量,并基于连续损伤理论建立了宏、细观裂隙耦合的裂隙岩体损伤本构模型;最后结合试验数据对该模型进行了验证与分析。研究表明:完整岩体中细观裂隙的起裂和扩展对岩体中传播弹性波的波幅和波速的影响较小,而裂隙岩体中宏观裂隙的张开和闭合对弹性波波幅和波速的影响较大。裂隙岩体在外力作用下时,弹性波波速和波幅的变化规律类似,相较于弹性波波速,弹性波波幅对裂隙岩体宏观损伤的变化表现的更敏感,可用来定义裂隙岩体的宏观损伤变量。不同加载方式下裂隙岩体的损伤特性与宏、细观裂隙以及其所处的应力状态相关,基于宏、细观裂隙耦合的裂隙岩体损伤本构模型可以较好地反映不同加载方式下裂隙岩体的损伤力学特性。在三轴压缩试验中,宏观裂隙对岩体轴向压应力方向上损伤的影响主要体现在试验的中后期阶段,在三轴拉压试验中,宏观裂隙对岩体轴向拉应力方向上损伤的影响贯穿于试验全过程中。 相似文献
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裂隙参数对P波的影响及裂隙检测可行性数值研究 总被引：3，自引：0，他引：3
在油气勘探、工程探测等领域中，各向同性介质的背景上，因存在裂隙导致各向异性，描述裂隙的两个主要参数是裂隙密度和裂隙方位。这里以Hudson理论为基础，通过数值计算，分析了描述裂隙介质的两个主要参数对P波速度和衰减的影响，同时，分析了利用P波属性检测裂隙发育带的可行性。 相似文献
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煤储层各向异性地震波场模拟 总被引：2，自引：1，他引：1
对中国煤层的裂隙系统进行了系统分类;阐述了各类裂隙的主要成因。基于二维二分量各向异性弹性波方程交错网格高阶有限差分法数值模拟,对各向同性介质模型和高裂隙密度(含干裂隙和饱和水裂隙)煤层的二维层状模型进行了弹性波场数值模拟。结果表明:煤层含裂隙后与不含裂隙时相比,反射时差的变化已不足以识别,但由于波速的改变会使煤层顶底、界面的波阻抗发生变化,从而引起波的动力学特征的改变,AVO现象尤其明显。含气和含水裂隙煤层中在x分量和z分量表现为极性相反,而且含水裂隙煤层中的波速比含气裂隙煤层的波速要快。因此,应用各向异性理论研究煤层裂隙的特征是可能的。 相似文献
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裂隙性介质因其复杂的结构和可观的藏储量一直是资源勘查领域的重点研究对象。基于Hudson裂隙理论对裂隙介质中不同裂隙参数（数密度、角度、纵横比）下变化井径的井场响应进行数值模拟,得到如下结果：在裂隙数密度较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较大的情况下,斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙角度较小的情况下,横波幅度对井径变化响应较敏感;在裂隙纵横比较小的情况下,纵波、横波以及斯通利波幅度对井径变化响应较敏感;在频率-波数二维谱中,随着井径的增大,波动激发强度峰值所在的频率带以及波动的首次激发频率都向低频区域移动。由此认为：弹性波在裂隙性介质中传播时在受井径变化的影响下产生规律性响应,应用Hudson裂隙理论模拟裂隙介质的井场响应可以系统地分析裂隙参数和井径变化对声波传播规律的影响,进而指导实地裂隙储层声波测井勘探工作。 相似文献
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为了更准确地预测裂隙对岩体压缩力学特性(如强度和刚度)的影响,需要建立更为合理的裂隙岩体压缩损伤模型。为此,基于相关试验数据和裂隙岩体单轴压缩力学行为,采用损伤及断裂理论对目前断续裂隙岩体压缩损伤模型中存在的不足进行了深入分析,并对其进行了3方面的改进,即：不再将裂隙变形参数视为定值、考虑了裂隙面上法向正应力产生的负第一应力强度因子(KI)、考虑了裂隙面上有效剪应力产生的KI,由此最终提出了考虑裂隙变形参数的岩体单轴压缩损伤本构模型。最后采用试验数据对该模型的合理性进行了验证,发现与现有模型相比,该模型明显提高了岩体单轴压缩弹性模量和损伤值的预测精度,尤其是当裂隙倾角为0°时,该模型计算得到的弹性模量为4.306 MPa,与实测弹性模量4.310 MPa几乎相同。因此,该模型能够很好地刻画岩体单轴压缩力学行为,这也说明考虑裂隙变形参数对岩体单轴压缩力学特性的影响是十分必要的。该研究可为准确预测裂隙岩体的单轴压缩力学行为提供参考。 相似文献
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为研究裂隙岩体结构效应对其等效力学参数的影响,引入基于离散元的合成岩体技术,通过可控的改变三维岩体结构网络中的结构参数,制作相应的合成岩体试件,开展计算机模拟试验研究。结果表明：随岩体中裂隙体积密度增大,裂隙的变形参数和强度参数随裂隙密度增加而减少,其中等效弹性模量对结构面密度变化最为敏感;随岩体中裂隙倾角增加,岩体等效弹性模量随之单调增加,且等效弹性模量的离散程度（标准差）随倾角增加而减小,而各强度参数指标则先减少而后增加,形成一个U形变化规律;岩体等效力学参数均随结构面尺寸增加而减小,同时等效力学参数的离散程度（标准差）随结构面直径增加而增加,其中单轴抗压强度指标变化最为敏感;岩体等效力学参数对裂隙尺寸和产状的离散程度不敏感。该研究结论可为其他结构效应研究提供一种新思路。 相似文献
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岩体工程特性研究中弹性波速参数取值方法探讨 总被引：9，自引：0，他引：9
工程岩体的各向异性特征导致了弹性波速的各向异性。因此，在岩体工程特性研究、岩体质量评价等方面，应注意合理地应用岩体弹性波速资料。笔者分析了岩体波速的各向异性特征，并指出：由于波速各向异性的存在，在岩体完整性系数计算中，岩体波速应取不同方向波速的几何平均值。当利用文中所给公式进行岩体孔隙率计算时，建议波速取最小值；在进行节理、裂隙发育的优势方向判断时，则取不同方向的波速值分别进行计算；当计算弹性模量时，必须取与岩体受力方向相一致的波速值。并给出了利用波速进行有关参数计算的实例。 相似文献
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弹性模量、波速与应力的关系及其应用 总被引：1，自引：0，他引：1
为充分了解不同尺度地质系统的岩石动力学特征,更好利用不同规模勘探资料有效解释地质系统的特征,在岩石物理实验对岩石弹性模量、波速与应力的关系进行研究总结的基础上,探讨野外实际地震勘探中地震波速与地应力的关系。研究表明,岩石、岩体或地质系统是多相(固液气)、多种矿物、各种构造的综合体,不论尺度如何均可以用多重介质孔隙裂隙地质模型描述,而波速是一定尺度不均匀地质体的等效波速,在一定地质条件下,各种尺度介质波速、岩石弹性模量与有效应力存在依存关系。坚硬的岩石通常很脆,如果岩石处于很大的应力之下,应力的释放将在岩石中产生微裂隙,微裂隙会降低地震速度。只要把岩石恢复到原来的应力状态就可能消除所引发的微裂隙。在岩体未达到破坏时,应力越大,波速愈高。压力释放引发的微裂隙有助于现场确定最大/最小水平应力方向,波速的椭圆长轴即为主应力方向。而上覆地层压力不变(或变化很小),净储层压力的影响正好与储层压力对地震特性的影响相反。随着净储层压力的增加,所有岩石的地震特性都增高。这种增高的量级取决于若干其它的因素(孔隙形状、孔隙度、孔隙流体、岩性等等)。不论野外地震勘探还是实验研究,地震波速与地应力的一致性为地质系统的正反演解释提供了宏观控制依据:通过测量弄清 相似文献
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弹性波各向异性介质是描述地球内部物质的比较符合实际的一种模型 ,而其弹性常数的个数是研究地震波传播特性的关键所在。横向各向同性介质 (TI)及裂隙各向异性介质 (EDA)均可视为具无穷次对称轴的介质 ,在此假设基础上 ,利用邦德矩阵法能够方便快捷地推导出具有五个相互独立常数的弹性刚度矩阵 相似文献
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《Physics and Chemistry of the Earth, Part A: Solid Earth and Geodesy》2000,25(2):141-147
Rock microfracturing significantly affects elastic and anelastic parameters as well as transport properties. Several rock models are proposed in literature relating rock microfractures and cracks to the effective velocities. However, the mechanisms involved in the attenuation of seismic waves still need further investigation in order to properly relate attenuation to fracturing. Laboratory measurements of ultrasonic wave propagation are performed on dry sandstones during increasing fracturing of the samples. Perpendicular to the loading axis the wave velocities decrease and attenuation increase. The observed decrease of wave velocity is a measure for the crack density of the newly formed cracks. Utilising crack densities and microstructural parameters the attenuation behaviour is interpreted in terms of the mechanisms friction and scattering. On the same rock samples the effect of fracturing on water transport is investigated. Measurements before and after the mechanical fracturing show a decrease of permeability in loading direction. The changes in seismic parameters and permeability are interpreted by different variations in rock microstructure. This should be considered when relating seismic and transport rock properties. 相似文献
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电爆冲击波在油气储层增渗解堵中具有巨大应用潜力,为了解各因素对电爆冲击波致裂效果的影响程度,本文采用ANSYS/LS[CD*2]DYNA软件,通过改变地应力、弹性模量、抗拉强度参数进行数值模拟。结果显示,地应力对致裂效果具有强烈的抑制作用,在双向等压地应力作用下,裂纹区形状为圆形,并且随着地应力的增大,岩体破裂度、破裂半径均逐渐减小。在双向不等压地应力作用下,随水平主应力差值增大,裂纹扩展方向由圆形逐渐转变为椭圆形,具有沿最大水平主应力方向扩展的特点;弹性模量对致裂效果具有重要影响,随着弹性模量的增大,岩体破裂度、破裂半径均呈增大趋势;随抗拉强度增大,岩体破裂度、破裂半径均减小。 相似文献
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The analysis of the wave propagation in layered rocks masses with periodic fractures is tackled via a two-scale approach in order to consider shape and size of the rock inhomogeneities. To match the displacement fields at the two scales, an approximation of the micro-displacement field is assumed that depends on the first and second gradients of the macro-displacement through micro-fluctuation displacement functions obtained by the finite element solution of cell problems derived by the classical asymptotic homogenization. The resulting equations of motion of the equivalent continuum at the macro-scale result to be not local in space, thus a dispersive wave propagation is obtained from the model. The simplifying hypotheses assumed in the multi-scale kinematics limit the validity of the model to the first dispersive branch in the frequency spectrum corresponding to the lowest modes.Although the homogenization procedure is developed to study the macro-scale wave propagation in rock masses with bounded domain, the reliability of the proposed method has been evaluated in the examples by considering unbounded rock masses and by comparing the dispersion curves provided by the rigorous process of Floquet–Bloch with those obtained by the method presented. The accuracy of the method is analyzed for compressional and shear waves propagating in the intact-layered rocks along the orthotropic axes. Therefore, the influence of crack density in the layered rock mass has been analyzed. Vertical cracks have been considered, periodically located in the stiffer layer, and two different crack densities have been analyzed, which are differentiated in the crack spacing. A good agreement is obtained in case of compressional waves travelling along the layering direction and in case of both shear and compressional waves normal to the layering. The comparison between two crack systems with different spacing has shown this aspect to have a remarkable effect on waves travelling along the direction of layering, and limited in the case of waves propagating normal to the layers.The equivalent continuous model obtained through the dynamic homogenization technique here presented may be applied to the computational analysis of non-stationary wave propagation in rock masses of finite size, also consisting of sub-domains with different macro-mechanical characteristics. This avoids the use of computational models represented at the scale of the heterogeneities, which may be too burdensome or even unfeasible. 相似文献
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Hatem Gasmi Essaïeb Hamdi Nejla Bouden Romdhane 《Rock Mechanics and Rock Engineering》2014,47(4):1393-1409
Homogenization in fractured rock analyses is essentially based on the calculation of equivalent elastic parameters. In this paper, a new numerical homogenization method that was programmed by means of a MATLAB code, called HLA-Dissim, is presented. The developed approach simulates a discontinuity network of real rock masses based on the International Society of Rock Mechanics (ISRM) scanline field mapping methodology. Then, it evaluates a series of classic joint parameters to characterize density (RQD, specific length of discontinuities). A pulse wave, characterized by its amplitude, central frequency, and duration, is propagated from a source point to a receiver point of the simulated jointed rock mass using a complex recursive method for evaluating the transmission and reflection coefficient for each simulated discontinuity. The seismic parameters, such as delay, velocity, and attenuation, are then calculated. Finally, the equivalent medium model parameters of the rock mass are computed numerically while taking into account the natural discontinuity distribution. This methodology was applied to 17 bench fronts from six aggregate quarries located in Tunisia, Spain, Austria, and Sweden. It allowed characterizing the rock mass discontinuity network, the resulting seismic performance, and the equivalent medium stiffness. The relationship between the equivalent Young’s modulus and rock discontinuity parameters was also analyzed. For these different bench fronts, the proposed numerical approach was also compared to several empirical formulas, based on RQD and fracture density values, published in previous research studies, showing its usefulness and efficiency in estimating rapidly the Young’s modulus of equivalent medium for wave propagation analysis. 相似文献
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扭转导波在锚固锚杆中传播的数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
采用有限元数值模拟的方法研究了扭转导波在锚固锚杆中的传播性质。建立了自由锚杆和锚固锚杆的有限元模型,在锚杆顶端激发20～60 kHz扭转导波信号,计算得到导波在自由锚杆和锚杆锚固段的传播速度值与理论值吻合很好,证明了扭转导波数值模拟方法的有效性。数值模拟结果表明：随着激发波频率的增大,扭转导波在自由锚杆和锚杆锚固段中的衰减值均呈线性递增趋势,导波在锚杆锚固段上界面的反射回波逐渐减弱;扭转导波在锚杆锚固段的衰减值较大,无法在锚杆顶端采集到锚杆底端反射回波信号,所以扭转导波不适用于锚杆长度的检测;随着锚固介质弹性模量的增大,同一频率扭转导波在锚杆锚固段上界面的反射波逐渐增强。通过检测扭转导波在锚杆锚固段上界面的反射回波,可以确定锚固介质弹性模量的大小。 相似文献
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基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板（复合多层波阻板以3层为例）,利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例,分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理力学参数对非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明：复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量和密度对透反射系数影响显著。复合多层波阻板是一种有效的隔振屏障,严格控制层间波阻板的剪切模量和密度可以获得最佳隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。 相似文献
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基于Leclaire对饱和双相孔隙弹性介质Biot模型的扩展,研究含有两种不同固相组分的三相多孔弹性介质中体波的传播特性。以饱和冻土为例,分析了各相体积分数、颗粒形状,接触参数等因素对波动方程中惯性参数、黏性参数、刚度参数的影响;对该三相介质模型进行了退化,分析了孔隙中只含液态水或固态冰时体波的特性;以饱和冻土为例,通过数值计算,探讨了饱和冻土中体波的相速度和衰减系数与胶结参数、接触参数、频率、饱和度、孔隙率等参数的关系。结果表明：与一般的饱和土不同,饱和冻土中存在5种体波,即3种纵波和2种横波;5种体波均具有弥散性和衰减性,且P1波、S1波弥散性和衰减性远小于P2、P3、S2波;胶结参数、饱和度、孔隙率对5种体波的传播特性影响显著,接触参数对传播特性影响较小。 相似文献
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岩体的变形模量是表征岩体抗变形能力的一个重要参数。对于深部破碎岩体的变形模量,采用传统的现场试验法或钻孔弹模法获得其变形参数有一定的局限性。因此,采用一种新开发的试验手段：将现场钻孔中取得的深部破碎岩体试样带回室内,放入MTS中进行三轴试验,记录相应的位移和应力;同时推导了一套配套的理论计算公式,利用室内试验的方法获得了从钻孔中取得的深部破碎岩体的变形模量。采用上述方法对实际水电工程坝基深部破碎带岩体的变形模量进行试验计算,并对试验得到的变形模量结果进行检验分析。其结果表明：采用两种方法获得的深部破碎岩体变形模量值差别一般在10％以内。 相似文献