第19卷 第5期地 震 学 报Vol.19,No.5 1997年9月 (457～461)ACTA SEISM OLOGICA SINICA S ep.,1997
饱和多孔岩石应力波的衰减特性
席道瑛 程经毅 易良坤 张 斌
(中国合肥230026中国科学技术大学地球及空间科学系)
(中国合肥230026第三世界科学院中国科大地球科学和天文学高级研究中心)
摘要 在0.01～100Hz频率范围内,采用粘弹谱仪进行了3种孔隙度的干燥和饱和砂岩的
动态力学频率谱和温度谱试验,取得衰减和模量在不同温度峰的频率响应.饱和砂岩的衰减
随砂岩孔隙度的增加而增大;复模量随孔隙度的增加亏损增大,频散程度增强;并对频率谱
和温度谱的对应关系进行了讨论.
主题词 动态响应 应力波 衰减 饱和砂岩
引言
许多研究结果已证实地球介质并非完全弹性,尤其在地壳表面,由于岩石中充填液体,使岩石的非弹性性质更为显著.地震勘探就是利用地震波通过岩石后波形的畸变来寻找地下储层的.围绕对地球物理勘探的资料解释精确度和准确度的要求的提高,岩石物性的研究变得越来越重要.为此,国内外地球物理工作者展开了一系列实验研究.White和Bo it(1986)建立了流体充填的多孔介质模型,对流体充填岩石进行理论研究.指出模型的衰减系数在低频时以f2(频率)变化,高频时以f0.5变化.Klim entos和M accann(1990)在0.5～1.5M Hz频率范围内就砂岩中的P波衰减与孔隙度、粘土含量和渗透率的关系作了详尽的研究.Grant(1994)给出了非Boit流体的声频衰减,并用局部毛细流体衰减机制解释了实验结果.认为超声频率情况下的衰减对实际中流体饱和岩石的地震波衰减并不能提供有用的信息.为此,需要在地震勘探的频率范围内对饱和流体岩石的衰减和频散作深入细致地研究.我们拟选择在地震勘探频率范围内作衰减方面的研究工作.
1实验样品及实验方法
长石砂岩样品采自四川自贡,采用饱和及浮力技术测定孔隙度 [=(m饱-m干)/(m饱-m浮)],其总孔隙度值分别为7.45%、12.41%和16.70%.将其加工成5mm×10m m×70mm的板条状样品20块.将加工好的样品放入烘箱内,在50℃左右的温度下烘3天作为干燥样品,将部分干燥样品抽真空12小时后,分别放入盛有泵油和大庆石油的容器中,浸泡50小时以上,作为饱和样品.将制备好的样品加固在美国Imass公司生产的DYNA-STAT粘弹谱仪上进行3点弯曲加载的共振实验.
中国科学院固体研究所中国科大内耗与固体缺陷开放实验室与国家自然科学基金会联合资助项目.
1996-07-18收到初稿,1997-03-06收到修改稿并决定采用.
粘弹谱仪主要用于材料力学性能和微观机理的研究,它是研究材料在交变载荷作用下的应变响应.通过测量应变落后于应力的相位角,进而得到岩石的衰减和模量变化.而这种响应与材料微观结构有密切关系.在作实验时,可选择应力控制或应变控制模式,并可在0.01～10kg 静载范围、0～10kg 动载范围内连续变化.测量频率为0.01～100Hz,采用热电耦测温,温度为室温到80℃的范围内变化,它有专门的数据采集及计算机处理系统.实验时只需将样品的几何尺寸输入后,可在测量过程中适时得到该样品在对应条件下一系列待测参数,并绘制出相应的图件.其中,温度的测量精度为0.5℃,衰减的测量精度为10-4,应变的测量精度为10-6
.2试验结果与分析
图1为3种干燥的孔隙度砂岩的衰减与复模量随频率的变化图.由图可见,
当频率低
图1 干燥砂岩衰减、模量随
频率的变化曲线
(A :7.45%;B :12.41%;C :16.7%)于10Hz 时,衰减和复模量随频率变化很小.当频率
大于10Hz 时衰减随频率增高而减小,频散增强.随
着砂岩孔隙度的增大,衰减量增大.孔隙度为7.45%
的干燥砂岩,衰减随频率的增加略有减小;孔隙度为
16.7%的干燥砂岩随频率的增加衰减减小快一些;孔
隙度为12.41%的干燥砂岩衰减随频率的增加而减小
的量介于前两种孔隙度的干燥砂岩之间.与之对应的
复模量随频率的增加有所增加.复模量增大的规律也
随砂岩孔隙度的增大而增大,但增长的趋势变小.可
见,岩石孔隙度对衰减和模量的影响都比较大,随孔隙度的增大频散效应增强. 图2为泵油饱和砂岩的衰减和复模量随频率的变化.由图2a ,b ,c 不难看出,3种不同孔隙度的长石砂岩的衰减峰峰形随频率的不同而有所改变,室温时在2.5Hz 左右都存在一衰减峰.复模量随频率增高而缓慢增大.3种孔隙度的砂岩都存在明显的频散,在衰减峰峰位附近模量曲线有一明显的拐点,拐点以后复模量随频率的增高增大很快.模量曲线变陡,频散加剧.如果与图1的复模量比较可发现,在孔隙度相同的情况下,图2模量的频散一般都比图1的模量频散大,可见,随着含油饱和度的增加频散也增强
.图2 泵油饱和砂岩的衰减和复模量随频率的变化
(a )孔隙度为7.45%;(b )孔隙度为12.41%;(c )孔隙度为16.7%
458
地 震 学 报 19卷
图3为3点弯曲加载条件下3种孔隙度的长石砂岩在泵油饱和及同等载荷条件下测得的衰减-频率谱曲线.从图3进一步分析比较看出,随着孔隙度的增大,衰减明显增大.峰的宽度逐渐变窄,峰高也逐渐增高,但峰值频率基本不变.可见,弛豫衰减峰不是一个单一的Debye 峰.看来它的分布宽度与峰高和砂岩的孔隙度的大小及孔隙度的结构有较密切的关系.在图1的干燥砂岩衰减中,可以得到3种砂岩随孔隙度的增大衰减也增大.图3也可得到同样的结果.根据图1和图3的值所做的衰减与砂岩孔隙度的关系表示在图4中,其干燥砂岩拟和关系式为
Q -1=-0.034+0.0114
(1)
饱和砂岩拟合关系式为
Q -1=-0.134+0.0258 (2)
其中, 为孔隙度,衰减与干燥砂岩孔隙度的相关系数为0.96以上.可见,衰减随砂岩孔隙度的增大而明显增加
.图3 不同孔隙度饱和砂岩衰减-频率关系图4 衰减与孔隙度的拟合关系
孔隙度为16.7%的砂岩颗粒的胶结程度比孔隙度为7.45%和12.41%的砂岩明显要差.使整体弹性性质降低,导致砂岩的非弹性性质增加,从而引起衰减增大,模量减小.对饱和泵油砂岩,孔隙空间将被流体充填.当对砂岩施加应力时,砂岩固体框架在外力作用下运动,孔隙流体将滞后于框架的运动而产生内摩擦.流体在孔隙中流动,孔隙越大,流体与孔隙壁的接触面积就越大,内摩擦也就越大,宏观衰减量也就越大.砂岩本身的固有非弹性性质随砂岩孔隙的增加而增加;孔隙液体和砂岩固体框架的内摩擦随孔隙度的增大而增加,这两条因素促使大孔隙度的砂岩衰减的急剧增大.
图5是孔隙度为12.41%的饱和石油砂岩衰减随温度的变化,它是一种变频升温测量结果.由图可见,当频率为0.5Hz 时,峰温为16.5℃;当频率增加到2.3Hz 时,峰位向高温方向移到12.4℃;当频率再增加到5.0Hz 时,峰位升到18℃.可见,随着频率的增高峰位向高温方向移动,说明饱和石油砂岩的衰减峰具有典型的热激活弛豫峰特征,应遵循Arrhenius 关系
= 0ex p(H /kT )(3)
式中, 为弛豫时间, 0为单一弛豫时间,H 为激活能,k 为玻尔兹曼常数.通过图5改变频率的方法由4个衰减峰的移动求得大庆石油饱和砂岩的激活能H = 1.712ev ,试探频率4595期 席道瑛等:饱和多孔岩石应力波的衰减特性
-10=2.99×1027(席道瑛等,1995).由于f =1对应衰减-温度峰的峰值温度T p ,即可求得对应的频率.在地球物理勘探中最需要知道的是衰减随频率的变化关系.但由于变频测量需要极宽的频带,尤其饱和石油岩石弛豫峰具有较宽分布时(席道瑛等,1995),仪器的频带很难满足地球物理的要求,为此,需要将定温变频测量转化为定频变温测量.由式(3)可见,衰减峰的峰温对应一定的弛豫时间,也就是对应一定的振动频率
f =1 0exp(H /kT )(4)
因此,我们可以利用这一关系,在较窄的频率范围内看是否能取得衰减温度峰对应的频率响应.
图6就是与图5对应的定温变频测量结果.不难看出,在0.1～10Hz 窄频带上也可获得不同温度下的频率响应.当温度定为4.4℃时,峰对应的频率低于0.1Hz;当温度升到
6.8℃时,峰对应的频率也向较高频率移动到0.2Hz 左右;当温度继续升到10℃时,对应的频率达到0.8Hz 左右;当温度定为18℃时,根据峰的变化趋势对应的频率估计略高于10Hz .所以,当测定衰减的温度提高,峰频将向高频方向移动.这与图5的弛豫峰的频率增高、峰温向高温方向移动是一致的.这在材料科学中称之为时温等效原理,即升高温度与降低频率是等效的.从图5与图6的结果也可看出,变频和变温所反映的物理本质是一样的.下边就是我们利用式(4)计算图5与图6的温度峰和频率峰对应的频率和温度与实测值的比较
.
图5 石油饱和砂岩(12.41%)衰减温度谱图6 石油饱和砂岩(12.41%)衰减峰随温度的移动表1 关于温度谱和频率谱的实测值与理论值的比较谱类型实测值温度/℃频率/Hz 理论值温度/℃频率/Hz 差 值温度/℃频率/Hz 频率谱 6.80.218 6.80.0950.123100.8100.3950.405温度谱80.58.80.50.810.2
1.07710.7 1.0770.51
2.4
2.32112.7 2.3210.314514.6 5.00.6 由表1可以看出,频率
谱上保持温度相同时测得的
两个衰减频率峰的峰频与计
算值差值最大约为0.4Hz .
在温度谱上有4个频率的衰
减温度峰,其峰位的温度值与计算值最大之差约为
0.8℃.从差值看来似乎不大,但从式(3)可知,当温度有少许变化就会引起相应于频率数量级的变化,加之式(3)其它项引进的误差影响,累计的影响也会不小.因此,要证实时温对应原理是否适用于岩石材料还需作进一步深入细致的研究,进行大量岩石标本的测试,460
地 震 学 报 19卷
对比分析,在设备方面尤其需要提高测温的精度.
3结论与讨论
通过粘弹谱仪对饱和流体砂岩动态力学性能进行测试和研究,取得了饱和泵油砂岩的动态力学频率谱和动态力学温度谱.无论从频率谱还是温度谱上均获得一弛豫衰减峰.相应的复模量在衰减弛豫峰附近也有大的亏损和频散.随着频率增高,频散特性增强.饱和石油砂岩的频散程度比干燥砂岩频散程度更强.
饱和泵油砂岩衰减峰的特征随着砂岩孔隙度而变化.衰减量随孔隙度的增加而增大,衰减峰的峰高随孔隙度的增加而增高,峰宽随孔隙度的增加而变窄.衰减与孔隙度具有良好的线性关系.
本文基于变频测量需要测试仪器具有极宽的频率范围才能满足我们的需要,由于目前还很难做到这一点,所以实际上变频测试条件是达不到地球物理的要求的.因此,我们借用材料科学的时温等效原理,试图将定温变频测量改为定频变温测量.如果可行,就可通过衰减-温度谱而获得不同的衰减温度峰的峰温对应的频率响应.根据我们试探的结果认为,时温对应原理看来是存在的,但要用于岩石材料还需慎重,并还有许多工作要做.首先是温度的小小变化( T )对应于频率数量级的变化( ln f ),所以,对温度测量精度要求很高,否则就将失去意义;其次,还需通过大量岩石标本的试验来检验它在岩石材料中的适用性,引起的误差是否在地球物理允许的误差范围内.
参 考 文 献
席道瑛,刘爱文,刘卫,1995.低频条件下饱和流体砂岩的衰减研究.地震学报,17(4):585～591
Grant A G,1994.Fluid effects on velocity and atten uation in sandstones.J A coust S oc A mer ,96(2):1158～1173Klimentos T ,M accann C ,1990.Relationsh ips among comp res sional w ave atten uation ,porosity ,clay content ,and per-
meability in sandstones.Geop hy sics ,55(8):998～1014
Wh ite J E,Boit G,1986.T heory of extension w aves in p or ou s rods.Geop hy sics ,51(3):742～7454615期 席道瑛等:饱和多孔岩石应力波的衰减特性
岩石力学复习资料 一．名词解释（15分） 1.结构：矿物颗粒的形状、大小和联结方式所决定的结构特征。 2.构造：各种不同结构的矿物集合体的各种分布和排列方式。 3.岩石颗粒间的联结分为结晶联结和胶结联结两类。 4.质量密度（ρ）和重力密度(γ)： 单位体积的岩石的质量称为岩石的质量密度。单位体积的岩石的重力称为岩石的重力密度(重度)。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。 γ＝ W/V γ＝ρg(kN /m3) 5.岩石的相对密度：岩石的干重量除以岩石的实体积（不包括岩石中孔隙体积）所得的量与1个大气压下4度纯水的重度之比值。 Gs ——岩石的相对密度； Ws ——干燥岩石的重量(kN); Vs ——岩石固体体积(m3); —4度时水的重度（10kN/m3）。 6.孔隙率：岩石试件内孔隙的体积占试件总体积的百分比。 7.孔隙比：岩石试件内孔隙的体积与岩石试件内固体矿物颗粒的体积之比。 8.含水率：天然状态下岩石中水的重量ωW 与岩石烘干重量Ws 之比。 9.渗透性：在水压力作用下，岩石的孔隙和裂隙透过水的能力。 w s s s V W G γ=w γ%100?=V V n V n n V V V V V e V V s V -=-==1%100?=s W W ωωw s d G n γγ-=1
10.膨胀性：岩石浸水后体积增大的性质。 11.崩解性：岩石与水相互作用时失去粘结性并变为完全丧失强度的松散物质的性质。 12.软弱性：岩石与水相互作用时强度降低的特性。 13.抗冻性：岩石抵抗冻融破坏的性能。 14.岩石的强度：岩石抵抗破坏的能力。岩石在荷载作用下，发生破坏时所承受的最大荷载应力就是岩石的强度。 15.岩石的单轴抗压（拉）强度：岩石在单轴压缩（拉伸）荷载作用下，所能承受的最大压（拉）应力。 16.岩石的抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的极限能力。 17.岩石的扩容: 岩石受外力作用后,发生非弹性的体积膨胀。 18.残余强度: 岩石完全破坏后所能承受的一个较小的应力值。 19.长期强度: 长期荷载作用下岩石的强度。 20.岩石的流变性：岩石应力应变关系随时间而变化的性质。 21.蠕变：当应力保持恒定时，应变随时间增长而增大的现象。 22.松弛: 当应变保持恒定时，应力随时间增长而逐渐减小的现象。 23.弹性后效: 当卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。 24.卸荷裂隙：岩体表面某一部分被剥蚀掉，引起重力和构造应力的释放或调整，使得岩体向自由空间膨胀而产生的平行于地表面的张裂隙。 25.RQD: 岩石质量指标，是指钻探时岩芯的复原率,或称岩芯采取率。 %10010(?>=（岩芯进尺总长度） 的岩芯断块累计长度）L cm Lp RQD 2 )(rp mp v V V K =
电磁波的危害和防护 随着经济的发展和物质文化生活水平的不断提高，各种家用电器——电视机、空调器、电脑、手机等已经成为现代都市家庭不可或缺的东西。然而，各种家用电器和电子设备在使用过程中会产生多种不同波长和频率的电磁波。在特定条件下，这些电磁波可能成为“电磁污染”，危害到人们的健康。 1 电磁污染危害人体的机理 电磁污染危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。 热效应：人体７０％以上是水，水分子受到电磁波辐射后相互摩擦，导致体温升高，从而影响到体内器官的正常工作。 非热效应：人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，一旦受到外界电磁场的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场将遭到破坏，人体也会遭受损伤。 累积效应：热效应和非热效应对人体的伤害具有累积效应，其伤害程度会随时间和影响程度发生累积，久而久之会成为永久性病态。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使电磁波功率很小、频率很低，也可能被诱发意想不到的病变。 2 电磁污染的危害
1998年世界卫生组织调查显示，电磁辐射对人体有五大影响：（1）电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因之一； （2）电磁辐射会对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害； （3）电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素之一； （4）过量的电磁辐射直接影响儿童身体组织、骨骼发育，导致视力、肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落； （5）电磁辐射可使男性性功能下降、女性内分泌紊乱。 3 电磁波的防护 3.1电磁环境标准及相关规定 为控制现代生活中电磁波对环境的污染，保护人们身体健康，1989年12月22日我国卫生部颁布了《环境电磁波卫生标准》( GB9175－88)，规定居住区环境电磁波强度限制值：长、中、短波应小于lOV/m，超短波应小于5V/m，微波应小于10μW/cm2。我国有关部门还制订了《电视塔辐射卫生防护距离标准》，国家环保局也颁布了《电磁辐射环境保护管理办法》。
透波 1、一种壁厚渐变蜂窝宽带透波结构 采用介电常数渐变结构是一种有效实现宽带透波的方法。通过一种壁厚渐变六边形蜂窝结构实现，方法：根据蜂窝等效介电常数的近似计算公式和介质介电常数变化分布，计算出该渐变结构的几何参数。结果表明该结构在垂直入射和大入射角情况下，具有良好的宽带透波特性。介电常数渐变材料广泛应用于宽带透波、吸波材料设计领域。仿真结果表明该结构在垂直入射和大角度入射条件下较实心结构具有良好的宽带特性，同时通过仿真验证了该结构周期参数对透波性能的影响。结果表明，要使等效介电常数满足设计要求，该结构周期要远小于工作波长。然而由于加工工艺限制，周期无法无限变小。因此最好根据实际频率上限需要选择合适的周期。另外，由于该结构蜂窝孔暴露在外界环境可能在实际应用中带来不便，可以考虑通过对蜂窝孔填充低介电常数泡沫材料来避免。 2、对防电磁脉冲屏蔽室与隔震地板关系的看法 一些重要的指挥、通信房间既要防电磁脉冲又要隔震，关于计算机屏蔽室与隔震地板就在屏蔽室内部的争论。结论：：屏蔽室应在隔震地板上安装制作。 3、空气冲击波作用于柔性防爆墙的透射和绕射效应分析_年鑫哲 为研究爆炸空气冲击波作用于柔性防爆墙后发生的透射和绕射现象及规律，采用数值模拟方法计算，分析了墙后发生的透射和绕射现象，比较了压力波形的变化特点，得到了墙后压力场变化分布规律。计算结果表明，柔性墙背后的压力存在两个主要峰值，分别为透射压力峰值和绕射压力峰值。 消波 1、双层介质抗暴炸震塌结构的性能研究 采用碎石土回填层与钢筋混凝土结构作为抗爆炸震塌结构，若选用低阻抗混凝土做回填层，具有较好的消波吸能性能。 2、沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析 数值模拟，沙墙的消波吸能作用。
《岩石力学》模拟题（补） 一.问答题 1. 岩石的流变模型的基本元件有哪几种？分别写出其本构关系。 答：流变模型有三个基本元件：弹性元件、塑性元件和粘性元件 （1）弹性元件：是一种理想的弹性体，其应力应变关系为： σ=K×ε σ——应力； K——弹性系数；ε——应变。 （2）塑性元件：物体所受的应力达到屈服极限时，便开始产生塑性变形，应力不增加，变形仍不断增加。本构方程为： 当σ<σs时，ε= 0 当σ≥σs时，ε→∞ σs——岩石屈服极限； （3）粘性元件：应力与应变速率成正比的元件： d σ= dt 2.岩石抗剪强度有哪几种测定方法？如何获得岩石的抗剪强度曲线？ 答：岩石抗剪强度测定方法包括：直剪试验、倾斜压模剪切法试验和三轴试验。 （1）直剪试验是在试件上施加法向压力N，然后在水平方向逐级加水平剪应力T，直至达到最大值T max试件发生破坏为止。用一组岩样（4~6块），分别记录不同法向压力条件下的水平剪应力，得到σ~τ关系曲线，即为岩石的抗剪强度曲线。 （2）倾斜压模剪切法试验：将试件放在剪切夹具的两个钢制的倾斜压模之间，得到剪切面上的正应力和剪应力，试验时，用一组岩样（4~6块），分别记录不同剪切面与水平面夹角条件下，破坏面上的剪应力和正应力，得到的σ~τ关系曲线，即为岩石的抗剪强度曲线。 （3）三轴试验：用一组岩样（4~6块），分别记录不同围压σ3条件下，岩石试样破坏时的最大正应力σ1，在σ~τ关系曲线在得到不同的摩尔园，这些摩尔园的切线，即为岩石的抗剪强度曲线。 3．简述地应力的形成原因。 答：地应力的形成主要与地球的各种运动过程有关，其中包括（1）大陆板块边界受压引起的应力场，产生水平受压应力场，（2）地幔热对流引起的水平挤压应力，（3）由地心引力引起的重力应力场，（4）岩浆侵入引起的应力场，（5）地温梯度引起的应力场，（6）地表剥蚀产生的应力场。 4.简述露天矿边坡人工加固治理的方法。 答：边坡人工加固是对现有滑坡和潜在的不稳定边坡进行治理的一项有效措施，而且，它已发展成为提高设计边坡角、减少剥岩量、加速露天矿的开发速度，提高露天开采经济效益的一条途径。目前人工加固边坡的具体方法有：1）挡墙及混凝土护坡；2)抗滑桩；3)滑动面混凝土抗滑栓塞；4)锚杆及钢绳锚索；5)麻面爆破；6)压力灌浆。 5.什么叫蠕变、松弛、弹性后效和流变？不稳定蠕变一般包括几个阶段？每个阶段的特点是什么？ 答：蠕变：当应力不变时，变形随时间增加而增加的现象。 松弛：当应变不变时，应力随时间的增加而减小的现象。 弹性后效：加载和卸载时，弹性应变滞后于应力的现象。
一、名词解释 1、各向异性：岩石的全部或部分物理、力学性质随方向不同而表现出差异的性质。 2、软化系数：饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值。 3、初始碎胀系数：破碎后样自然堆积体积与原体积之比。 4、岩体裂隙度K：取样线上单位长度上的节理数。 5、本构方程：描述岩石应力与应变及其与应力速率、应变速率之间关系的方程（物理方程）。 6、平面应力问题：某一方向应力为0。（受力体在几何上为等厚薄板，如薄板梁、砂轮等） 7、平面应变问题：受力体呈等截面柱体，受力后仅两个方向有应变，此类问题在弹性力学中称为平面应变问题。 8、给定载荷：巷道围岩相对孤立，支架仅承受孤立围岩的载荷。 9、长时强度：作用时间为无限大时的强度（最低值）。 10、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象 11、支承压力：回采空间周围煤岩体内应力增高区的切向应力。 12、平面应力问题：受力体呈等厚薄板状，所受应力为平面应力，在弹性力学中称为平面应力问题。 13、给定变形：围岩与母体岩层存在力学联系，支架承受围岩变形而产生的压力，这种工作方式称为给定变形。 14、准岩体强度：考虑裂隙发育程度，经过修正后的岩石强度称为准岩体强度。 15、剪胀现象：岩石受力破坏后，内部断裂岩块之间相互错动增加内部空间在宏观上表现体积增大现象。 16、滞环：岩石属滞弹性体，加卸载曲线围成的环状图形，其面积大小表示因内摩擦等原因消耗的能量。 17、岩石的视密度：单位体积岩石（包括空隙）的质量。 18、扩容现象：岩石破坏前，因微裂隙产生及内部小块体相对滑移，导致体积扩大的现象。 19、岩体切割度Xe：岩体被裂隙割裂分离的程度： 20、弹性后效：停止加、卸载，应变需经一段时间达到应有值的现象。 21、粘弹性：岩石在发生的弹性变形具有滞后性，变形可缓慢恢复。 22、软岩（地质定义）：单轴抗压强度小于25MPa的松散、破碎、软弱及风化膨胀类岩石。 23、砂土液化：饱水砂土在地震、动力荷载或其它物理作用下，受到强烈振动而丧失抗剪强度，使砂粒处于悬浮状态，致使地基失效的作用或现象。 24、混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。 25、卓越周期：地震波在地层中传播时，经过各种不同性质的界面时，由于多次反射、折射，将出现不同周期的地震波，而土体对于不同的地震波有选择放大的作用，某种岩土体总是对某种周期的波选择放大得突出、明显，这种被选择放大的波的周期即称为该岩土体的卓越周期。 26、工程地质问题：工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。 27、工程地质条件：与工程建筑有关的地质要素的综合，包括：地形地貌、岩土类型及其工程性质、地质结构、水文地质、物理地质现象和天然建筑材料六个方面。 28、滑坡：斜坡岩土体在重力等因素作用下，依附滑动面（带）产生的向坡外以水平运动为主的运动或现象。 29、振动液化：饱水砂、粉砂土在振动力的作用下，抗剪强度丧失的现象。 30、混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀性有所增强，这种增强的溶蚀效应叫做混合溶蚀效应。 31、基本烈度：指在今后一定时间（一般按100年考虑）和一定地区范围内一般场地条件下
电磁波传输损耗及远场区的场强预测 广播电视无线电波的频段较高，电磁波信号传输时以直射波为主，但是也存在反射、绕射和散射等。电磁波在空间传播时，向外传输的电磁波以球面波的形式向外发射，距离越大，球面半径就越大，单点的电磁信号就越小，空间损耗也就越大。另外，电磁波在空间传播的过程中会受到空气中的尘埃、水滴、水汽等物质的影响，造成反射和散射；电磁波在接近地表传输时，会由于地表不是绝对光滑，而是存在高低起伏、树木遮挡、建筑物遮挡、大型水面或湖面的影响，而产生反射、绕射等情况，这样，电磁波信号到达接收天线时就会由各种传播方式传播到的所有信号叠加而成。因为各个地区的地形存在很大差异，同一地区各个方向上的建筑物、树木、河流湖泊等情况也不尽相同，因此这种不是由于空间球面扩散而产生的损耗就是很难预测的；同时，由于各个区域的电磁覆盖情况都不一样，随之带来的电磁干扰情况也不一样，这就更为场强覆盖预测带来难度。 一、球面传播的电磁波的空间损耗
Pr ：接收信号功率 Pt ：发射信号功率 Gt ：发射天线增益 Gr ：接收天线增益 d ：接收和发射天线之间的距离 λ：射频信号波长 有球面面积可计算得 自由空间传播路径损耗（发射天线和接收天线都为点源天线）可写为： 可以看出，传输距离越大，空间损耗越大，频率越高，传输损耗越大。 二、 实际电磁波的传播损耗 电磁波在空间传播时，都会受到空气中的粒子、地面建筑物、地面植被等其他物体的影响，而产生反射、折射、绕射、散射等。电磁波通常不会按照球面波的传输损耗到达接收天线。这样，实际电磁波的传播损耗，在自由空间传播路径损耗的基础上还要加上一些修正值。传播损耗按照性质分类可分为：经验模型、半经验模型、确定性模型。 MHZ mi MHZ Km r t fs f d f d d d P P dB L 1010222log 20log 2058.36log 20log 2045.324log 20)4(log 10log 10)(1010++=++=??????=??????-==λππλ()/24t r r t G G P P d πλ=
实验11.5 电磁波传播特性 Part 1 电磁波参量的测量 一、实验目的 1. 研究电磁波在良导体表面的反射。 2. 利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，确定电磁波的相位常数K 和波速v 。 二、实验仪器 （1）三厘米固态信号发生器1台； （2）电磁波综合测试仪1套； （3）反射板（金属板）2块； （4）半透射板（玻璃板）1块。 三、实验原理和方法 1. 自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于相位不同发生干涉现象，在传播路程上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由 2K v f K πλλω=?? ==? 得到电磁波的主要参数K 和v 等。 电磁波参量测试原理如图1所示，P T 和P R 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由P T 发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，一束向A 板方向传播，另一束向B 板方向传播。由于A 和B 为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线P R 处。于是P R 收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。
移动反射板B ，当P R 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板B 就移动了λ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。 设入射波为垂直极化波 0j i E E e φ-= 当入射波以入射角θ1向介质板C 斜入射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设C 板的反射系数为R ，T 0为由空气进入介质板的折射系数，T c 为由介质板进入空气的折射系数。固定板A 和可移动板B 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线P R 处的相干波分别为 12100200j r c j r c E RT T E e E RT T E e φφ--=-=- 这里 ()()()1131 223132 K l l KL K l l K l l L KL φφ=+==+=++?= 其中，ΔL =|L 2-L 1|为B 板移动距离，而1r E 与2r E 传播的路程差为2ΔL 。 由于1r E 与2r E 的相位差为21=2K L φφφ?-=?，因此，当2ΔL 满足 ()20,1,2, L n n λ?== 1r E 与2r E 同相相加，接收指示为最大。 当2ΔL 时满足 图1 电磁波参量测试原理图
第40卷第2期 2018年4月探测与控制学报Journal of Detection &Control Vol .40No .2A p r .2018 一?收稿日期:2017-12-13作者简介:董灵飞(1990-),男,湖北黄梅人,硕士研究生,研究方向:目标与环境特性三E -mail :1002676409@qq .com 三基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法 董灵飞,戴黎红,李一蓉 (西安机电信息技术研究所,陕西西安710065) 摘一要:针对多层侵彻过载粘连信号成分复杂二信号处理方法从中提取穿层特征压力大的问题,提出基于应力波衰减材料的目标层特征凸现方法三该方法采用灌封硅橡胶+纳米SiO 2颗粒制备的材料填充至引信壳体内侧,能够将弹体高速侵彻多层硬目标过程中激发的应力波快速衰减,避免了应力波沿着弹体多次重复叠加造成侵彻过载的层间粘连,从而凸现侵彻过载的目标层特征三试验验证表明,同一发弹内采用该材料缓冲测得的侵彻过载层特征较未采用该材料缓冲的侵彻过载层特征明显三关键词:高速侵彻;多层硬目标;过载信号粘连;层特征凸现;应力波衰减;缓冲材料 中图分类号:TJ430.4一一一一文献标志码:A 一一一一文章编号:1008-1194(2018)02-0052-04 A Method on Revealin g Tar g et La y er Characteristic b y Stress Wave Attenuation Material DONG Lin g fei ,DAI Lihon g ,LI Ron g (Xi an Institute of Electromechanical Information Technolo gy ,Xi an 710065,China )Abstract :To solve the p roblem of identification difficult y of tar g et la y er which is caused b y p enetration overload interla y er adhesion ,a method of revealin g tar g et la y er characteristic based on the stress wave attenuation mate -rial was p ro p osed.The material is mixed b y silicone rubber and nano SiO 2p articles at a certain rate ,then fillin g in the new material inside fuze shell.The buffer la y er formed b y the new material could attenuate the stress wave ra p idl y which was g enerated durin g p ro j ectile p enetrated multi -la y er hard tar g et in hi g h s p eed.This could avoid stress wave multi p le times overla pp in g alon g the p ro j ectile which would cause p enetration overload inter -la y er adhesion ,so tar g et la y er characteristic became obvious.Test results indicated that in a same p ro j ectile the tar g et la y er characteristic of the p enetration overload measured b y acceleration sensor which is buffered b y the new material is clearer than which is no buffered. Ke y words :hi g h s p eed p enetration ;multila y er hard tar g et ;overload si g nal adhesion ;la y er characteristic revea -lin g ;stress wave attenuation ;buffer material 0一引言 侵彻弹在高速侵彻多层硬目标时,加速度传感 器测得的多层侵彻过载中会叠加大量的高频振 荡[1],导致多层侵彻过载出现层间粘连,计层起爆算法难以识别目标层数,无法在指定目标层起爆战斗 部三如何凸现多层侵彻过载的穿层特征,使计层起 爆算法准确识别目标层数一直是侵彻引信研究的热 点和难点三目前多采用信号处理方法来凸现多层侵彻过载的穿层特征,对测得的多层侵彻过载信号进行信号处理,从中提取包含穿层特征的信息,计层起爆算法根据提取的信息来识别目标层数三欧阳科等提出了基于加速度传感器和MEMS 开关信号融合的计层 起爆算法[2],该算法将加速度传感器信号和MEMS 开关信号分别与不同的窗函数在时域中卷积加权求和得到复合信号,然后根据得到的复合信号来判断弹丸侵彻过程中的穿层特征三王杰等提出了基于小波系数的粘连信号穿层特征提取方法[3],该方法利万方数据
岩石力学试卷（闭卷） 一、填空题（每空1分，共20分） 1、沉积岩按结构可分为（）、（），其中，可作为油气水在地下的良好储层的是（），不能储存流体，但是可作为油气藏的良好盖层的是（）。 2、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是（）、（）、 （）。 3、在水力压裂的加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的（） 时，井眼发生破裂。此时的压力称为（）。当裂缝扩展到（）倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成（），当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为（）。如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到（）。 4、通常情况下，岩石的峰值应力及弹性模量随着应变率降低而（），而破坏前应变则随着应变率降低而（）。 5、一般可将蠕变变形分成三个阶段：第一蠕变阶段或称（）；第二蠕变阶段或称（）；第三蠕 变阶段或称（）。但蠕变并一定都出现这三个阶段。 6、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是()和()。 二、选择题（每题2分，共10分） 1、格里菲斯强度准则不能作为岩石的宏观破坏准则的原因是（） A、该准则不是针对岩石材料的破坏准则 B、该准则没有考虑岩石的非均质的特性 C、该准则忽略了岩石中裂隙的相互影响 2、在地下，岩石所受到的应力一般为（）。 A、拉应力 B、压应力 C、剪应力 3、一般情况下，岩石的抗拉强度（）抗压强度。 A、等于 B、小于 C、大于 4、地层坍塌压力越高，井壁越（）。 A、稳定 B、不稳定 C、无关 5、初始地应力主要包括（） A、自重应力和残余应力 B、构造应力和残余应力 C、自重应力和构造应力 三、判断改错题（每题2分，共10分）
[吸收系数]absorption coefficient 又称“衰减系数”当电磁波进入岩石中时，由于涡流的热能损耗，将使电磁波的强度随进入距离的增加而衰减，这种现象又称为岩石对电磁波的吸收作用。吸收或衰减系数β的大小和电磁波角频率ω、岩石导电率σ、岩石导磁率μ、岩石 介电系数ε有关， 1 ) 1( 22 2 2 - + = δ ω σ με ω β 。在导体中则简化为：2 ωμσ β= 。 第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ●在波动过程中,振动相位相同的点 连成的面称为波阵面（wave surface）●波面中最前面的那个波面称为波前（wave front）波面 波 线
●波的传播方向称为波线（wave line）或波射线平面波球面波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ●液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度 ● 在 固 体 G－介质切变模量 中 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ●一个完整波的长度,称为波长.
●波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ●周期的倒数称为频率. 振动曲线波形曲线图形 研究 对象某质点位移随时间变化规律 某时刻，波线上各质点位移随位置变 化规律 物理意义由振动曲线可知 周期T. 振幅A 初相φ0 某时刻方向参看下一时刻 由波形曲线可知该时刻各质点 位移,波长λ，振幅A 只有t=0 时刻波形才能提供初相 某质点方向参看前一质点 特征对确定质点曲线形状一定曲线形状随t 向前平移 16-2 平面简谐波波动方程 ●前进中的波动,称为行波. ●描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程)
一.岩石的物理力学性质 1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。 由结构面与结构体组成的地质体。 2.岩石：是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集 合体。 3.岩（体）石力学：是力学的一个分支学科，是研究岩（体）石在各种力场作用下变形与破坏规律的理论及其实际应 用的一门基础学科。 4.结构面：指在地质历史发展过程中，岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 5.岩石质量指标（RQD）：指大于10cm的岩芯累计长度与钻孔进尺长度之比的百分数。 6.空隙指数：指在压力条件下，干燥岩石吸入水的重量与岩石干重量的比值。 7.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。 8.软化系数：指岩石试件的饱和抗压强度与干燥状态下的抗压强度的比值。 9.膨胀性：是指岩石浸水后体积增大的性质。 10.单轴抗压强度：是指岩石试件在单轴压力下达到破坏的极限值。， ! 11.抗拉强度：是指岩石试件在单向拉伸条件下试件达到破坏的极限值。 12.抗剪强度：是指岩石抵抗剪切破坏的能力。 13.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。这种由于形状的不同而 影响其强度的现象称为“形状效应”。 14.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。 15.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。 16.流变性：指在外界条件不变时，岩石应变或应力随时间而变化的性质。 17.蠕变：指在应力不变的情况下，岩石的变形随时间不断增长的现象。 18.应力松弛：是指当应变不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。 19.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。 20.峰值强度：若岩石应力—应变曲线上出现峰值，峰值最高点的应力称为峰值强度。 21.长期强度：指长期荷载（应变速率小于10－6／s）作用下岩石的强度。 $ 22.扩容：在岩石的单轴压缩试验中，当压力达到一定程度以后，岩石中的破裂或微裂纹继续发生和扩展，岩石的体积 应变增量由压缩转为膨胀的力学过程，称之为扩容。 23.应变硬化：在屈服点以后（在塑性变形区），岩石（材料）的应力—应变曲线呈上升曲线，如要使之继续变形，需 要相应地增加应力，这种现象称之为应变硬化。 24.疲劳破坏：在循环荷载作用下，岩石会在比峰值应力低的应力水平下破坏的现象。 25.疲劳强度：是使岩石（材料）发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小（非定值）。 26.速率效应：是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象。 27.延性流动：是指当应力增大到一定程度后，应力增大很小或保持不变时，应变持续不断增长而不出现破裂，也即是 有屈服而无破裂的延性流动。 28.脆性破坏：是指岩石在破坏前变形很小，出现急剧而迅速的破坏，且破坏后应力降很大。 29.延性破坏：是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形，并且破坏后应力降很小。 30.强度准则：表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系，一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的 关系方程：σ1＝f（σ2，σ3）或τ＝f（σ）。 31.塑性变形：在外力撤去后不能够恢复的变形。2.岩体的力学性质及分类 ; 二.岩体的力学性质及分类 l.结构面：①指在地质历史发展过程中岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的宏观地质界面或带。 ②又称弱面或地质界面，是指存在于岩体内部的各种地质界面，包括物质分异面和不连续面，如假整合、不整合、 褶皱、断层、层面、节理和片理等。
无线电波的传播特性 传播特性（一） 移动通信的一个重要基础是无线电波的传播，无线电波通过多种方式从发射天线传播到接收天线，我们按照无线电波的波长人为地把电波分为长波（波长1000米以上），中波（波长100-1000米），短波（波长10-100米），超短波和微波（波长为10米以下）等等.为了更好地说明移动通信的问题，我们先介绍一下电波的各种传播方式： 1．表面波传播 表面波传播是指电波沿着地球表面传播情况.这时电波是紧靠着地面传播的，地面的性质，地貌，地物等的情况都会影响着电波的传播. 当电波紧靠着实际地面--起伏不平的地面传播时，由于地表面是半导体，因此一方面使电波发生变化和引起电波的吸收.另一方面由于地球表面是球型，使沿它传播的电波发生绕射. 从物理课程中我们已经知道，只有当波长与障碍物高度可以比较的时候，才能有绕射功能.由此可知，在实际情况中只有长波，中波以及短波的部分波段能绕过地球表面的大部分障碍到达较远的地方.在短波的部分波段和超短波，微波波段，由于障碍高度比波长大，因而电波在地面上不绕射，而是按直线传播. 2．天波传播 短波能传至地球上较远的地方，这种现象并不能用绕射或其他的现象做解释.直到1925年，利用在地面上垂直向上发射一个脉冲，并收到其反射回波，才直接证明了高层大气中存在电离层.籍此电离层的反射作用，电波在地面与电离层之间来回反射传播至较远的地方.我们把经过电离层反射到地面的电波叫天波. 电离层是指分布在地球周围的大气层中，60km以上的电离区域.在这个区域中，存在有大量的自由电子与正离子，还可能有大量的负离子，以及未被电离的中性离子.发现电离层后，尤其近三四十年来，随着火箭与卫星技术的发展，利用这些工具对电离层进行了深入的试验和研究.当前电离层的研究已经成为空间物理的一个重要的组成部分，其研究的空间范围和频段也日益宽广. 在电离层中，当被调制的无线电波信号在电离层内传播时，组成信号的不同频率成分有着不同的传播速度.所以波形会发生失真.这就是电离层的色散性.同时，由于自由电子受电波电场作用而发生运动，所以当电波经过电离层，其能量会被吸收一部分.而且，从电离层吸收电波的规律看，若使用电波的工作频率太低，则电离层对电波的吸收作用很强.所以天波传播中有一个最低可用频率，低于这个频率，就会因为电离层对电波的吸收作用太大而无法工作. 传播特性（二） 1．空间波传播 当发射以及接收天线架设得较高的时候，在视线范围内，电磁波直接从发射天线传播到接收天线，另外还可以经地面反射而到达接收天线.所以接收天线处的场强是直接波和反射波的合成场强，直接波不受地面影响，地面反射波要经过地面的反射，因此要受到反射点地质地形的影响. 空间波在大气的底层传播，传播的距离受到地球曲率的影响.收，发天线之间的最大距离被限制在视线范围内，要扩大通信距离，就必须增加天线高度.一般地说，视线距离可以达到50km左右. 空间波除了受地面的影响以外，还受到低空大气层即对流层的影响. 移动通信中，电波主要以空间波的形式传播.类似的还有微波传播.
岩石力学习题 第一章绪论 1.1 解释岩石与岩体的概念，指出二者的主要区别与联系。 1.2 岩体的力学特征是什么？ 1.3 自然界中的岩石按地质成因分类可分为几大类，各有什么特点？ 1.4 简述岩石力学的研究任务与研究内容。 1.5 岩石力学的研究方法有哪些？ 第二章岩石的物理力学性质 2.1 名词解释：孔隙比、孔隙率、吸水率、渗透性、抗冻性、扩容、蠕变、松弛、弹性后效、长期强度、岩石的三向抗压强度 2.2 岩石的结构和构造有何区别？岩石颗粒间的联结有哪几种？ 2.3 岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？ 2.4 已知岩样的容重=22.5kN/m3，比重，天然含水量，试计算该岩样的孔隙率n，干容重及饱和容重。 2.5 影响岩石强度的主要试验因素有哪些？ 2.6 岩石破坏有哪些形式？对各种破坏的原因作出解释。 2.7 什么是岩石的全应力－应变曲线？什么是刚性试验机？为什么普通材料试 验机不能得出岩石的全应力－应变曲线？ 2.8 什么是岩石的弹性模量、变形模量和卸载模量？
2.9 在三轴压力试验中岩石的力学性质会发生哪些变化？ 2.10 岩石的抗剪强度与剪切面上正应力有何关系？ 2.11 简要叙述库仑、莫尔和格里菲斯岩石强度准则的基本原理及其之间的关系。 2.12 简述岩石在单轴压力试验下的变形特征。 2.13 简述岩石在反复加卸载下的变形特征。 2.14 体积应变曲线是怎样获得的？它在分析岩石的力学特征上有何意义？ 2.15 什么叫岩石的流变、蠕变、松弛？ 2.16 岩石蠕变一般包括哪几个阶段？各阶段有何特点？ 2.17 不同受力条件下岩石流变具有哪些特征？ 2.18 简要叙述常见的几种岩石流变模型及其特点。 2.19 什么是岩石的长期强度？它与岩石的瞬时强度有什么关系？ 2.20 请根据坐标下的库仑准则，推导由主应力、岩石破断角和岩石单轴抗压强度给出的在坐标系中的库仑准则表达式，式中。 2.21 将一个岩石试件进行单轴试验，当压应力达到100MPa时即发生破坏，破坏面与大主应力平面的夹角(即破坏所在面与水平面的仰角)为65°，假定抗剪强度随正应力呈线性变化(即遵循莫尔库伦破坏准则)，试计算： 1)内摩擦角。 2)在正应力等于零的那个平面上的抗剪强度。
第19卷 第5期地 震 学 报Vol.19,No.5 1997年9月 (457～461)ACTA SEISM OLOGICA SINICA S ep.,1997 饱和多孔岩石应力波的衰减特性 席道瑛 程经毅 易良坤 张 斌 (中国合肥230026中国科学技术大学地球及空间科学系) (中国合肥230026第三世界科学院中国科大地球科学和天文学高级研究中心) 摘要 在0.01～100Hz频率范围内,采用粘弹谱仪进行了3种孔隙度的干燥和饱和砂岩的 动态力学频率谱和温度谱试验,取得衰减和模量在不同温度峰的频率响应.饱和砂岩的衰减 随砂岩孔隙度的增加而增大;复模量随孔隙度的增加亏损增大,频散程度增强;并对频率谱 和温度谱的对应关系进行了讨论. 主题词 动态响应 应力波 衰减 饱和砂岩 引言 许多研究结果已证实地球介质并非完全弹性,尤其在地壳表面,由于岩石中充填液体,使岩石的非弹性性质更为显著.地震勘探就是利用地震波通过岩石后波形的畸变来寻找地下储层的.围绕对地球物理勘探的资料解释精确度和准确度的要求的提高,岩石物性的研究变得越来越重要.为此,国内外地球物理工作者展开了一系列实验研究.White和Bo it(1986)建立了流体充填的多孔介质模型,对流体充填岩石进行理论研究.指出模型的衰减系数在低频时以f2(频率)变化,高频时以f0.5变化.Klim entos和M accann(1990)在0.5～1.5M Hz频率范围内就砂岩中的P波衰减与孔隙度、粘土含量和渗透率的关系作了详尽的研究.Grant(1994)给出了非Boit流体的声频衰减,并用局部毛细流体衰减机制解释了实验结果.认为超声频率情况下的衰减对实际中流体饱和岩石的地震波衰减并不能提供有用的信息.为此,需要在地震勘探的频率范围内对饱和流体岩石的衰减和频散作深入细致地研究.我们拟选择在地震勘探频率范围内作衰减方面的研究工作. 1实验样品及实验方法 长石砂岩样品采自四川自贡,采用饱和及浮力技术测定孔隙度 [=(m饱-m干)/(m饱-m浮)],其总孔隙度值分别为7.45%、12.41%和16.70%.将其加工成5mm×10m m×70mm的板条状样品20块.将加工好的样品放入烘箱内,在50℃左右的温度下烘3天作为干燥样品,将部分干燥样品抽真空12小时后,分别放入盛有泵油和大庆石油的容器中,浸泡50小时以上,作为饱和样品.将制备好的样品加固在美国Imass公司生产的DYNA-STAT粘弹谱仪上进行3点弯曲加载的共振实验. 中国科学院固体研究所中国科大内耗与固体缺陷开放实验室与国家自然科学基金会联合资助项目. 1996-07-18收到初稿,1997-03-06收到修改稿并决定采用.
第十六章机械波和电磁波 振动状态的传播就是波动,简称波. 激发波动的振动系统称为波源 16-1机械波的产生和传播 1. 机械波产生的条件 (1)要有作机械振动的物体,亦即波源. (2)要有能够传播这种振动的介质 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力，将振动传播开去，从而形成 机械波。 波动（或行波)是振动状态的传播，是能量的传播，而不是质点的传播。 ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波. ◆ 质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波. 2.波阵面和波射线 ● 在波动过程中,振动相位相同的点连成的面称 为波阵面（wave surface） ● 波面中最前面的那个波面称为波前（wave front） ● 波的传播方向称为波线（wave line）或波射线 波面波 线 平面波 球面 波 3. 波的传播速度 由媒质的性质决定与波源情况无关 ● 液体和气体中纵波传播速度 B－介质体变弹性模量 ρ－介质密度
● 在 固 体 中G－介质切变模量 Y－介质杨氏模量 4.波长和频率 ● 一个完整波的长度,称为波长. ● 波传过一个波长的时间,叫作波的周期 ● 周期的倒数称为频率.
16-2 平面简谐波波动方程 ● 前进中的波动,称为行波. ● 描述介质中各质点的位移随时间变化的数学函数式称为行波的波动表式(或波 动方程) 设坐标原点的振动 为： O 点运动传到 p 点需 用时 相位 落后 所以 p 点的运动方 程： 1.平面简谐波的波动表式 定义 k 为角波 数 又 因此下述表达式等价： 为波的 相位
● 波在某点的相位反映该点媒质的“运动状态”， 所以简谐波的传播也是媒质振动相位的传播。 设 t 时刻x处的相位经 dt 传到（x +dx）处， 则有 于 ——相速度（相速） 是得到 简谐波的波速就是相速 2.行波动力学方程 将平面波的波函数对空间和时间求导，可得 ——波动方程。各种平面波所必须满足的线性偏微分方 程 若 y1，y2 分别是它的解，则（y1＋y2）也是它的解，即上述波动方程遵从叠加原理。 3.波动方程推导（以一维纵波为例） 取棒中任一小质元原长 dx，质量为dm=ρSdx 受其它部分的弹性力为 f 和 f+df 质元的运动学方程 为： 根据弹性模量的定 义：
中南大学2012年硕士研究生入学考试试题 935 岩石力学 一、名词解释（10x3分） 1．岩体结构 2．松弛 3．变形地压 4．岩石的长期强度 5．岩体的渗透性 6．岩石的密度 7．岩体初始应力 8．岩石单轴抗压强度 9．岩石切线弹模 10．岩石本构模型 二、作图和说明（30分） 1请作出岩石试件单轴压缩全应力一应变曲线示意图，并说明各阶段变形和破裂现象的特征。（10分） 2 请作出马克斯韦尔（maxwell）流变模型组成图。写出其本构方程，然后推导出蠕变方程和松弛方程，并绘制出相应蠕变和松弛曲线示意图。（20分） 三、问答和分析题（45分） 1请绘图说明围岩与支护结构相互作用的原理是什么？请结合该原理分析岩石地下工程新奥法施工中及时采用喷锚支护结构的合理性。（12分） 2 岩体工程分析所考虑主要因素有哪些？国内外代表性的岩体分析方法有哪些？（6分） 3 在什么情况下岩质边坡有可能发生平面破坏、楔体破坏和倾倒破坏？边坡检测主要包括哪些内容？（10分） 4 简述地壳浅部地应力分布的基本规律。（8分） 5 莫尔强度准则及莫尔一库仑强度准则分布是什么？两者的区别有哪些？（9分） 四、计算题（45分） 1 用同种岩石在不同围压下作了两组常规三轴试验，第一组试件在围压为5MPa下测得平均三轴抗压强度为55MPa，第二组试件在围压为10MPa下测得平均三轴抗压强度为75MPa。试根据莫尔一库仑准则计算这种岩石的内摩擦角和粘结力。（12分）
2 有一岩柱，在单向受力时其抗压强度为60Mpa，该岩石内摩擦角Φ=40度，采用摩尔一库仑强度理论，当侧向压力为5MPa时，求： ①其轴向应力为多大时，岩体发生破坏？ ②破坏面位置？ ③其破坏面上的正应力和剪应力？（15分） 3 有一圆形竖井，半径6.0m，围岩平均平均容重为28KN/m3，试计算在650m深度距竖井中心8.0m处的三向应力状态，设计算深度处岩石的泊松比为0.25。（12分） 4 已知某处岩体完整性系数为0.80，从现场取样后在实验室内测得该种岩石单轴抗压强度σc=80MPa，单轴抗拉强度σt=4.0mpa，试估算该岩体的准抗压强度和准抗拉强度。（6分）