流体饱和多孔隙垂向非均匀固体的弹性波传播理论

建立含有可压缩粘滞流体的多孔隙垂向非均匀弹性固体内之应力波传播理论，论述了其中的一个问题，即当Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ流动假设成立的低频率范围且流体与固体的质量密度可相比拟时，流体与固体间虽有相对运动但无摩擦的情形，在一定的近似条件下，可以存在两类膨胀波和一类旋转波，它们都存在频散。     

淤砂层模型对上层理想流体动力反应的影响——平面SV波入射

采用解析方法,分析了平面SV波斜入射时弹性半空间-淤砂层-理想流体层系统的动力反应,其中将淤砂层分别模拟为线弹性固体、黏弹性固体、理想流体和黏性流体等不同特性的介质,并与将淤砂层模拟为两相多孔介质的计算结果进行了比较。研究表明在平面SV波斜入射的情况下,当渗透系数很小时,多孔介质可以近似简化为黏弹性固体。     

淤砂层模拟方法对上层理想流体动力反应的影响——平面P波入射

采用解析法,以弹性半空间-淤砂层-理想流体层为对象,分别将淤砂层模拟为固体介质和流体介质,分析了平面P波入射时上层理想流体的动力反应特性。通过算例分析,比较了将淤砂层模拟为弹性固体、黏弹性固体、理想流体和黏性流体介质时与将淤砂层模拟为两相多孔介质时计算结果的差异。研究表明当渗透系数很小时,多孔介质可以近似简化为黏弹性固体,甚至线弹性固体。这一分析研究对于在高坝-库水-淤砂-地基系统地震反应分析的数值模型中采用合理的淤砂层模型,提高计算效率具有重要参考意义,而且还可以用于校核数值模型的合理性。     

基于改进BISQ模型的地震波场数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的二种重要力学机制,Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型。由于BISQ模型的流体压力表达式十分复杂,MamadouS.D和ErwinA又在引入Squirt机制的同时提出了不含特征喷射流动长度的改进BISQ模型。这里基于改进BISQ模型,运用伪谱法进行了波场模拟,证实了快P波、慢P波、SV波和SH波的存在。通过与Biot模型和BISQ模型的比较,改进BISQ模型计算简单,便于描述,正演模拟结果也与其它二个模型保持一致,是一种可行的新BISQ模型。     

存在流体介质夹层时瑞利波频散曲线的完整求解

应用介质分界面上位移应力连续性的变化关系,采用δ矩阵法和固体层状介质中的瑞利波频散方程,推导了含流体介质夹层情况下瑞利波的频散方程。利用推导的频散方程对理论模型进行模拟计算,并与以往文献计算方法进行比较,模拟结果吻合较好,验证了公式的正确性;同时,模拟计算结果也说明了本文公式的普遍适用性和计算结果的完整性。根据文中对4个理论模型的模拟结果来看,与固体层状介质的情况相比,当存在流体夹层时,瑞利波频散曲线模式中多出了一个文中定义的0阶模式,在今后的多道瞬态瑞利波法应用中,应该可以将其看成是流体介质夹层存在的标志性曲线。     

径向半无限饱和孔隙介质的全波合成波测井记录

本文从时域及频域研究了位于饱和孔隙地层中、充有流体的轴对称井孔内，点源产生的波场，依照均匀化理论改进的Biot理论，模拟了这种地层，当井壁可渗透时，地层的渗透率会大大地影响导波，无论是高速还是低速地层，斯通利波的相速度及能量随透率增大而减少，衰减（用Q^-1定义）则增大，这些影响在低频段比在高频段内大，在低频段，达西定律决定着流体运动，而且能量在界面最强，随着粘性的降低，饱和流体压缩性的增大、流体孔隙体积的增大及井径的减小，友谊赛些影响在一较大的频段内增加且持续起作用，相反，由于界面波与周围介质更有效地耦合，这些影响随地层刚度减少而减少。目前，第一类伪瑞利波也携有有效信息，流体流动仅影响伪瑞利波爱里相的衰减，衰减增量可用来检测渗透带、推断饱和流体的特性。然而，最可靠的信息是地层S波速度及伪瑞利波低频部分的衰减值，时域中各种类型的波迭掩，这样，任何信号处理都应在频域进行，在频域内波的频谱易于分离，实际测井仪器的频段应足够宽，以保证每种波都有足够强的幅值，最后要说的是检波器越多及偏移距越大就越好。     

AVO数据反演中确定P波反射系数及其实质的一种简单的近似方法

本文作者导出了将平面Ｐ波反射系数做为射线参数函数的一种近似公式。它表明在非正常入射角时，Ｐ波反射系数主要受两个参数的控制：（１）Ｒｆ：流体－流体反射系数（如，两种介值中Ｓ波速趋于零时的反射系数）。（２）△μ／ρ：剪切波模量与平均体密度之比。而且还有由Ｒ．Ｂｏｒｔｆｅｌｄ和Ｒ．Ｓｈｕｅｙ给出的关于Ｐ波反射系数的其他公式可用来确定这个近似公式。作者还提供了数字例子以证明其公式的正确性。对于反射系数使用     

基于双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法

随着地震勘探的发展,以单相介质模型为基础的声波逆时偏移和弹性波逆时偏移很难比较精确地描述地下介质和满足复杂的工程要求,尤其是在处理地下含流体多孔介质时,所以需要引入双相介质模型。首先基于Biot理论双相介质一阶速度-应力弹性波方程,利用散度场和旋度场的波场分离理论将固相和流相中的纵横波场解耦分离,并由波场快照图得出固相与流相中的纵波波场与横波波场均完成分离,而快纵波与慢纵波相互耦合均存在于纵波波场中。采用高阶交错网格有限差分方法,结合PML吸收边界条件,推导了具有波场分离的双相介质弹性波正传与反传的偏移延拓算子,结合互相关成像条件,可以得到双相介质弹性波固相与流相中的各分量偏移成像剖面。最后对模型使用该双相介质弹性波波场分离的逆时偏移方法进行偏移成像试算并取得成功,效果较常规双相介质弹性波逆时偏移成像效果有了明显提升。     

用格子波耳兹曼方法模拟双重孔隙介质中的流体迁移

作者在本文中介绍了基于格子波耳兹曼模型的双重孔隙介质中流体运移的数值模拟计算方法。我们从格子波耳兹曼碰撞模型出发，利用格子波耳兹曼方程、Chapman-Enskog展开，以及多尺度技术，得到了描述双重孔隙介质中流体迁移的二维扩散方程。利用格子气自动机方法计算该扩散方程，实现了对双重孔隙介质中流体运移过程的数值模拟仿真。数值实验表明，我们所使用的方法正确、有效。     

双相多孔介质中体波传播特性影响参数研究

基于修正的Biot理论,通过数值计算分别研究了3种体波（P1、P2、S波）的波速和衰减与固体颗粒压缩性、频率、孔隙率、流体黏滞系数、动力渗透系数等参数之间的关系。分析结果表明：（1）P1、P2波的波速和衰减与固体颗粒压缩性之间近似呈线性变化关系,而S波则几乎保持不变,并通过定量比较发现,能否忽略固体颗粒压缩性的影响取决于固体骨架体变模量( )与固体颗粒体变模量( )的比值;（2）孔隙率对P1、S波波速的影响较为显著,并且预测当孔隙率接近于1.0时,P1、P2波之间发生相互转换;（3）3种体波的波速和衰减均随流体黏滞系数和动力渗透系数而变化,且在这两个参数下的变化规律基本相反;（4）3种体波的波速和衰减均随频率的增大而增大,其中,频率对P2波的影响较大。     

横向各向同性弹性地层井孔中模式波的探测深度

研究了横向各向同性(TI)弹性地层充液井孔中模式波的频散曲线和灵敏度曲线。结果显示:弯曲波对地层中垂直向传播的横波速度比较敏感,而斯通利波对地层中水平向传播的横波速度较灵敏;在慢速地层中,从斯通利波(或弯曲波)对不同径向位置和不同波数下水平向 (或垂直向) 传播的横波速度的灵敏度曲线上可知,斯通利波的探测深度在整个计算频段约为1.5个井眼半径(距井壁距离),弯曲波的探测深度相对较深,但受波数影响大:在较低波数时,其探测深度约为4个井眼半径,较高波数时约为1.5个;在快速地层中,由于受井内流体的影响较大,弯曲波在较高波数时探测深度稍有下降,但斯通利波对地层性质的敏感程度明显降低甚至消失。     

弹性波提高原油采收率机理研究

作者在文中利用粘弹性波动理论来定量研究了人工振动采油的机理，首次推导出弹性波引起流体和固体振动强弱之比与储层属性的关系。理论计算表明，人工振动采油的方法对低孔、低渗和高粘度储油层作用效果最好，而且频率越高，效果越佳。为进一步优选激振参数，提高原油采收率打下了坚实的理论基础。     

三相非饱和松散颗粒介质中弹性波的弥散性分析

由已建立了的非饱和土这种三相松散介质中的动力控制方程,得到波动方程的解,表明在非饱和土中存在3种P波（P1、P2和P3波）和1种S波。根据推导出的波速以及衰减的解析表达式,以实际工程中的尾砂土这种非饱和多孔介质为例,通过Matlab计算工具对非饱和土中的4种体波的弥散特性进一步数值分析,给出了典型的弥散和衰减曲线。结果表明,在一定的频率范围内,4种波的波速及衰减随频率的升高而增大,其中P2、P3波受频率影响强烈,而P1、S波受频率影响则相对较小。此外,饱和度的增加也将导致P1波波速的增大,但对P2、P3波和S波影响不大。     

Instability of wave propagation in saturated poroelastoplastic media

In the present work, stationary discontinuities and fluttery instabilities of wave propagation in saturated poro‐elastoplastic media are analysed in the frame of Biot theory. The generalized Biot formulations are particularly employed for simulating non‐linear coupled hydro‐mechanical behaviour of the media. Inertial coupling effect between the solid and the fluid phases of the media is also taken into account. The non‐associated Drucker–Prager criterion to describe non‐linear constitutive behaviour of pressure dependent elasto‐plasticity for the solid skeleton of the media is particularly considered. With omission of compressibility of solid grains and the pore fluid, the critical conditions of stationary discontinuities and flutter instabilities occurring in wave propagation are given in explicit forms. It is shown that when the stationary discontinuity is triggered at the surface of discontinuity there still may exist real wave speeds. The wave speeds across the stationary discontinuity surface entirely cease to be real only in non‐associated plasticity, certain ranges of value of Poisson's ratio and when compression stress normal to the surface of discontinuity dominates the stress state at the surface. It is also indicated that the fluttery instabilities, under which some wave speeds cease to be real even in strain hardening stage, may occur prior to stationary discontinuities only for non‐associated plasticity under certain conditions. These conditions are: (1) both the porosity and the Poisson's ratio possess relatively low values and (2) the deviatoric part of the effective stress normal to the surface of discontinuity is compressive. A region in the porosity–Poisson's ratio plot, in which fluttery instabilities are possible to occur, is given. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

饱和多孔介质中的非均匀平面波

讨论了两相饱和多孔介质中的非均匀平面波,在所采用的多孔介质模型中,利用了每种组分的微观密度保持不变而与体积分数相关的宏观密度是变化的假设。针对理想无粘流体充填的弹性多孔固体,深入讨论了两种非均匀平面波的传播特性以及质点运动的轨迹线。     

基桩低应变动测中"短程多次反射波"的特征研究--兼论横波在检测中的应用前景

短程多次反射波对基桩动测资料解释常会形成干扰，并为人们所忽视。以往国内外文献对此未见详细讨论。这里通过对解析解的理论计算与物理解释，阐明了这种干扰波的波形与强度，取决于缺陷的性质、位置、尺寸以及桩周土的剪切波速，且其不能被频域滤波所消除。因此在一定的客观条件下，这种干扰波会对资料的定性与定量解释造成困难，在实际工作中应予以注意。通过计算与实例，说明了物探资料解释的多解性问题在基桩动测中同样存在，用实测资料与理论曲线拟合法解释，可提高对资料认识的全面性，从而减小这种困难。根据文献通过理论计算说明，若测量扭转波则这种干扰将会大大减小，仅从此角度亦能说明纵横波联合检测是基桩动测的发展方向之一。     

Numerical analysis of 1‐D compression wave propagation in saturated poroelastic media

A numerical procedure is presented for the simulation of 1‐D compression wave propagation in saturated poroelastic media. The media are modelled as a two‐phase system consisting of compressible fluid and solids. Viscous coupling forces resulting from the relative motion between phases are characterized as Darcy type. The numerical procedure can account for effects of axial strain, nonlinear material behaviour, and various drained and undrained boundary conditions. Time integration is carried out explicitly and isothermal conditions are assumed. The method is capable of modelling shock wave fronts without introducing artificial viscosity. Numerical results are in close agreement with analytical solutions for several simplified cases and indicate that mass coupling may have important effects on fluid velocity and wave speed. Corresponding effects on solid velocity and wave speed are much smaller. Numerical results also indicate that damping occurs in a saturated poroelastic column and is dependent on the value of hydraulic conductivity. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

东帝汶帝力市珊瑚砂地基的工程性质

珊瑚砂属珊瑚礁碎屑土,是一种特殊的地质体,具有典型的疏松多孔、硬度低、易碎的特点,由于珊瑚礁仅分布在热带海域,往往位于远离大陆的礁岛,当前对珊瑚礁岩土的勘察研究较少,相关规范也尚未涉及。以实际工程为对象,对东帝汶某珊瑚砂场地的工程性质进行了一些探讨,从标准贯人试验和钻孔剪切波速试验等原位试验结果进行分析,借鉴了目前石英砂工程性质的评价方法作为对珊瑚砂工程性质判断的参考,对珊瑚砂的强度特性和地震液化特性进行了讨论。相对石英砂的一般性质而言,珊瑚砂的标贯击数较低而相应的剪切波速相对较大,珊瑚砂在地震作用下液化的可能性较大。     

周期分布桩体对平面SH波隔振效应的解析求解

将排桩对平面SH波的隔振简化为弹性波散射的二维平面问题,基于全空间中无限周期结构的周期特性,给出了一种求解无限周期分布桩体对平面SH波隔振效应的解析方法。该方法采用波函数展开法并结合Graf加法定理,利用全空间中相邻周期单元的散射波场在频域内相差一个相位的特性,仅选取一个周期单元,将入射波场和所有散射波场的贡献叠加后,根据边界条件求解待定系数,从而求得整个散射波场。该解析解能够精确求解无限周期分布桩体的散射问题,分析周期分布桩体数量较多时的隔振规律,弥补了以往理论分析中桩体个数较多时难以求解的不足。重点讨论了桩体个数、桩体刚度、桩体间距和桩体类型等因素对隔振效果的影响,结果表明：（1）该方法显著降低了求解大量桩体问题时的存储量和计算量,有限周期模型计算结果随桩体个数增多收敛于无限周期模型,反映了该方法的正确性;（2）整体上桩体刚度增大有利于提高隔振效果,但桩体刚度对隔振效果的提升有限,桩体剪切波速为土体5倍时已具有足够的隔振效果;（3）桩间距对隔振效果有着直接影响,间距越小则低频禁带宽度越大;（4）桩体类型对隔振效果有着显著影响,实心桩有着良好的隔振效果,而具有柔性内填充的管桩在低频段有着更佳的隔振效果。