洞室声波测试及数据处理技术

洞室声波测试是为获得准确、详细的岩体物理学参数,而在洞室内进行的一系列声波测试方法,通过计算和观察岩体声波速度的量值变化和分布规律,对岩体工程特性进行了评价,并了解洞壁岩体因施工开挖引起的松弛状况,还可以与岩体变形试验成果结合建立起动静态弹性模量之间的对比关系。     

地层条件下岩石动静力学参数的实验研究

在实际地层三轴应力和温度条件下,测量了ＣＸ地区地表至５０００ｍ深度砂、泥岩样品的静力学参数。对其中大部分样品进行了岩石力学和声波速度（ｖｐ,ｖｓ）的同步测试,由此获得了在相同应力和温度条件下岩石的动、静力学参数。根据实验结果,讨论了在实际埋深条件下ＣＸ地区砂、泥岩的静力学参数,波速及动力学参数的变化特征,以及岩石动、静力学参数间的关系。     

用声波参数确定岩石加载破坏过程的不同阶段

本文研究了岩石在单轴和真三轴加载的破坏过程与声波参数及动力学参数之间的关系。在单轴和三轴压缩实验中,通过测量纵横波速度和振幅的变化,有效地判断岩石加载和结构的变化情况,确定岩石加载破坏过程中的几个阶段,实现对岩石破裂前兆的预测。本文还研究了三轴压缩实验中中间主应力σ_2的改变对声波速度和振幅变化曲线的影响。     

山西寿阳15号煤层动静弹性参数实验研究

利用SD-I型声波检测仪对山西寿阳15号煤层进行超声波速度测定;利用MTS815岩石伺服试验机进行强度实验,在此基础上讨论了纵波波速与煤岩强度的关系以及动静态弹性参数间的关系.结果表明:煤岩单轴抗压强度与纵波速度呈较好的指数关系,单轴抗压强度随纵波速度增大而增大;煤岩的动静态弹性模量之间存在较好的线性关系,且煤岩的动态...     

不同损伤程度下岩石力学参数变化的声波测试

声波波速变化可有效表征岩体损伤程度。通过对岩样进行人工预损,利用声波检测标定岩样的不同损伤程度,然后通过三轴压缩试验来研究不同损伤程度下岩石的力学特性,建立了声波速度下降幅度与岩体力学参数变化幅度间的关系。研究表明,当岩样的声波速度下降5%～8%时,黏聚力c值降低15%～25%,内摩擦角? 值则升高14%～32%,因此,用声波速度的下降幅度来描述岩体参数的变化是可行的。根据现场实测的岩体损伤区内的声波速度的变化值,可以从一定程度上估计岩体参数的跌落情况,从而更进一步地说明损伤区内岩体的承载力。     

冻土动力学研究的现状及展望

随着我国"一带一路"倡议发展主线的逐步开展,寒区交通运输工程必将得到广泛的建设。为确保寒区工程构筑物在动荷载作用下的长期稳定,对冻土动力学相关理论与实践问题的研究迫切地需要做出解答。冻土动力学主要研究的是动荷载作用下冻土的强度、变形和稳定性问题。通过归纳和总结,阐述了冻土动力学在动力学参数、动强度、动应力-应变关系、动蠕变特征及蠕变模型、冻土场地地震反应特性、冻土区桩基结构动力特性、列车荷载下冻土路基的动力响应等7个方面的研究进展及成果,并结合各方向的发展趋势进行了展望。     

声波速度-频移衰减联合层析成像检测技术

混凝土构件中存在的诸如松散、空洞、缝隙夹层等缺陷,不仅造成声波速度的变化,而且对声波具有较强的吸收衰减作用,利用声波速度CT和衰减CT联合检测技术是检测混凝土构件工程质量的有效方法。介绍了声波速度CT检测原理和SIRT算法、接收波信号频移与介质衰减吸收系数的关系,导出了适用于CT成像反演算法的介质吸收因数沿射线路径的积分与频移参数的关系表达式。对存在松散和空洞缺陷的两种混凝土构件模型的声波检测结果,分别进行了速度CT和频移衰减CT处理,处理结果表明,声波速度和频移衰减联合层析成像检测技术能够获得更加准确可靠的检测效果。     

围压条件下岩石声学特性的技术特征

声波传播速度能较好地反映岩石综合物理性质。在三轴向岩石声波速度测试的基础上,研究岩石地面声波传播速度与围压条件下（不同埋藏深度）声波传播速度之间的关系,依据试验数据和双参数回归分析处理结果可以看出：岩石声学特性随围压增加的变化遵从数学多项式;不同种类的岩石,其声学特性随围压变化的规律相差较大,因此,区分岩性剖面是研究和应用岩石声学特性的基础条件之一;同一岩石的声学特性随其埋藏深度的不同存在较大差别,因而在研究影响岩石声学特性变化的因素中,埋深不可忽视。     

声波速度与注浆固结体单轴抗压强度关系的试验研究

为将声波速度应用于注浆质量检测中,就声波速度与注浆固结体单轴抗压强度之间的关系进行了研究。在扼要介绍了室内声波测试方法的基础上,重点论述了利用回归分析方法,研究声波速度与注浆固结体单轴抗压强度的相关关系,并给出了声波速度与注浆固结体单轴抗压强度关系的数学模型。      

用流动电位法研究钠高岭土动电电位与PH的关系

本文介绍用流动电位法测定钠高岭土在不同PH下的动电电位、比电导等重要的粘土双电层参数,并对不同PH下高岭土的双电层性状和结构特征进行比较分析。结果表明,粘土的固结压力、孔隙比、动电电位与其PH具有一定的关系。     

准各向同性裂隙岩体中有效动弹性参数与弹性波速关系的研究

从弹性波在介质中传播的特点和弹性波法在岩体工程中的实际应用情况方面,分析了弹性波在含裂隙岩体介质中的传播特征。将岩体中裂隙呈随机分布的裂隙岩体似为准各向同性裂隙岩体,根据能量平衡原理、岩石断裂力学理论和卡氏最小功能定理(Castiglano’s theorem),确定了准各向同性裂隙岩体的有效动弹性参数( 、 、 )与裂隙密度参数(Xv)的数学关系。在此基础上,根据各向同性介质中传播的弹性波理论,建立了准各向同性裂隙岩体中弹性波速( 、 )和 / 与裂隙密度参数(Xv)之间的关系。理论研究表明,在此裂隙岩体中,有效动弹性参数和弹性波速与裂纹密度参数之间相互的关系均近似成倒数函数的非线性关系;裂隙密度参数增加,有效动弹性模量( )也减少,弹性波速( , )也减小;在裂隙密度参数较小时,此裂隙岩体的有效弹性模量和弹性波速随裂隙密度参数的变化较大,说明裂隙体的有效弹性参数和弹性波速对裂隙体非常敏感。     

Correlating Wave Velocities with Physical,Mechanical Properties and Petrographic Characteristics of Peridotites from the Central Greece

Knowledge of compressional and shear wave velocities is necessary to estimate the physical, dynamic and mechanical properties of rocks with an indirect, but easy, fast and economical way. Although, many attempts have been made to correlate the wave velocities with the rock characteristics, only few studies have been concentrated on ultrabasic rocks and especially on peridotites. The aim of this study is to apply correlation analysis to investigate the relationships between wave velocities and rock properties for peridotites. Thus, 35 fresh peridotite samples (non or slightly serpentinized ultrabasic rocks), taken from the western part of Othrys mt and the Kallidromo mt (central Greece) were tested. The relationships between P and S wave velocities and the rock properties are described by simple regression analyses and the confidence intervals are presented as well. The study reveals strong positive, linear correlations between the P and S wave velocities. Positive, linear relationships are also indicated between wave velocities and unit weight and mechanical properties, while the increase of effective porosity causes decrease of the wave velocities. The wave velocities are exponentially affected with serpentinization percentage, while the best fit equations between wave velocities and primary minerals are logarithmic. The wave velocities and the micropetrographic index I_ps are strongly correlated by both exponential and linear functions, but exponential trends present higher determination coefficients.     

碳酸盐岩的声波特性研究及其应用

基于岩溶地区碳酸盐岩试样室内声波测试分析发现: ( 1)泥质灰岩和角砾状灰岩的波速比普通灰岩、灰质白云岩比一般白云岩和角砾白云岩的高。( 2)灰岩的声波、密度略大于白云岩的声波、密度,灰岩的动弹性模量、剪切模量和体积模量也比白云岩大。( 3)溶蚀程度和微小结构面对碳酸盐岩中波的传播速度影响较大,灰岩波速随风化程度的提高而降低。( 4)纵、横波速与岩石的密度具有线性关系,利用密度、波速、纵横波速比或泊松比可初步判断碳酸盐岩在岩性上的差别。( 5)声波测试和单轴抗压强度试验求得的岩石的弹性模量具有一定的相关性,利用声波测试结果可以推求实际工程中计算、设计所需的力学参数。      

锚杆无损检测力锤激励机理与实验

在对锚杆进行无损检测中,力捶激振是产生锤击脉冲普遍采用的方法,对于煤矿常用的锚杆,因激振面积小,现场检测波形一致性较差,给波形的判读带来一定的误差,因此研究锤击脉冲的力学性能对工程动力检测具有重要意义。笔者将力锤与杆撞击之间由小到大和由大到小的局部变形用一个无质量的具有刚度为K的弹簧来模拟,从而推导出力锤与杆撞击的撞击力和脉冲作用时间表达式。然后运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟了不同质量、撞击头半径和弹性模量的撞击杆以不同的速度撞击长杆的应力波形态和脉冲宽度,并在实验室对预应力锚杆用不同质量、不同硬度的力锤进行了激振试验。数值模拟和实验结果进一步阐述了锚杆无损检测力锤激励机理,为更准确地实施锚杆无损动力检测,提高工程检测质量创造了条件。     

超声波技术在冻土物性测试中的应用探讨

超声波在冻土中的传播特性反映了冻土材料的动力学特征，利用超声波速度测试技术可以直接测试冻土的动力学弹性参数，实验结果表明，冻土的单轴压缩强度与冻土的超声波速度在单一影响因素改变时存在良好的相关关系，利用这种相关性，有可能采用超声波无损测试技术来估计冻土的强度，冻土的未冻水含量明显影响着冻土中超声波的传播速度，实验结果表明，超声波速度与未冻水含量之间存在很好的函数关系，它提示了超声波速度用于冻土未冻水含量测试的可能性。     

Parameter identification method for determination of elastic modulus of rock based on adjoint equation and blasting wave measurements

The purpose of this paper is to present a parameter identification method to determine the force of a blast and the elastic modulus of the ground using the measurements of a dynamic elastic wave, the adjoint equation method of optimal control theory, and the finite element method. Before the excavation of rocky ground, it is important to estimate the ground properties. In this paper, the elastic modulus is determined as the performance function is minimized using a technique based on the first‐order adjoint method. The performance function is a square sum of the discrepancies between the computed and the observed values of the velocities. After the determination of the magnitude of the blasting force, we can determine the elastic modulus of the rock. As the basic equation to calculate the velocities of dynamic elastic body, elastic equilibrium equations with linear viscosity are employed. The adjoint equation method has been utilized in order to calculate the gradient of the performance function with respect to the parameters. The gradient of the performance function is calculated using the first‐order adjoint equation. The weighted gradient method is applied for minimization. In order to solve the state equations in space and time, the finite element method and the Newmark $\frac{1}{4}$ method are used. In this paper, we tested the practical application of our proposed method for determination of the elastic modulus of rock at the Ikawa tunnel located in the Tokushima prefecture, Japan. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

煤岩动静力学参数关系试验研究

煤岩的动、静力学参数关系的试验研究,对研究煤岩的位移和变形特征及工程支护设计具有重要意义。将取自新河煤矿3煤的煤样加工成Φ50 mm×100 mm的圆柱体标准试件;采用500 kHz频率的纵横波换能器分别进行纵横波速度测试;在MTS815.03电液伺服试验机上进行单轴压缩试验,得到静态弹性模量和泊松比。试验结果表明:煤岩动弹性模量与横波速度相关性强于与纵波速度的相关性,煤岩介质的纵波对孔隙和裂隙发育程度的敏感程度要比横波高;煤岩试件Ed/Es比值主要集中在1.4~1.7,室内煤岩试件动、静弹性模量和动静泊松比之间存在较好的线性相关关系。      

渗透系数极端情况下饱和土中压缩波波速及其物理本质

目前对渗透系数取极端值情况下饱和土中两类压缩波物理本质的理解尚不够清晰,比如文献中对渗透系数无穷大情况下饱和土中两类压缩波波速的求解有不同的结果。结合Zienkiewicz给出的土动力学基本方程,深入讨论了流体运动方程的建立,推导了饱和土一维压缩弹性问题的动力控制方程及其 - 、 - 形式,进而得出渗透系数取0和取无穷大这两种极端情况下饱和土中压缩波的波速,解释了其物理意义。提出了惯性耦合力的概念,指出两相体动力分析时土骨架和孔隙水之间的相互作用包含渗透力和惯性耦合力两项,并重点讨论了衡量惯性耦合力的参数孔隙度对压缩波波速的影响。     

Relating discrete element method parameters to rock properties using classical and micropolar elasticity theories

Micro–macro relations for discrete element method (DEM) media are derived using both classical and micropolar elasticity theories. The DEM media are classified into two main categories: dense packing, and loose packing. For both categories, relations for Young modulus (E), Poisson's ratio (ν) to represent static behaviors, and wave velocities (P‐wave and S‐wave) to represent dynamic behaviors are derived using the internal DEM parameters (k_n, k_s) and compared with values obtained from static and dynamic numerical tests. Whereas the dynamic behaviors for the two categories and the static behaviors for the dense packing match the analytical relations, the static behavior for the loose packing does not. Micropolar elasticity theory is also used to study the behaviors of the DEM media, where it is shown that if element rotation is included, DEM media behave according to linear elasticity theory. However, if element rotation is constrained, asymmetrical stresses arise in the DEM media, and a new expression is derived for the S‐wave, which allows it, under certain conditions, to travel faster than the P‐wave. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

循环冲击下波阻抗定义岩石损伤变量的研究

在动静组合加载试验系统上,对有轴向预应力的岩石进行循环冲击时无法测量其声波波速,以致于不能用声波波速值的变化研究此过程中岩石的损伤演变特性,为此提出了基于岩石波阻抗定义其损伤变量的方法。在理论上证明裂隙岩石的密度和纵波波速间具有良好的正向相关性,在同一损伤过程中,岩石的波阻抗与其纵波波速的相对变化量接近,根据密度和纵波波速都能反映岩石损伤的现实,得出基于岩石波阻抗定义岩石损伤的方法是可行的结论,并给出其定义损伤变量的表达式。根据一维应力波理论,推导出由入射波和反射波或透射波求解波阻抗的表达式。对利用霍布金森压杆装置进行试验时应力波在岩石试件两界面间多次透反射的过程进行了分析,在此基础上,确定了由试验数据计算循环冲击过程中岩石波阻抗的方法。对岩石试件进行了无初始应力的循环冲击试验,测量了岩石在每次冲击后的纵波波速,得出了基于波阻抗和纵波波速定义的损伤变量具有相同的变化趋势的结论,并分析了二者之间有差别的原因。研究结果表明,在入射能大小接近的循环冲击过程中,利用波阻抗定义岩石损伤变量的方法是可行的