粘性土物理力学性质与超声波波速关系的试验研究

含水量W和压缩系数α是粘性土的主要物理力学性质指标。运用HTY-C型超声波参数测定仪,测定了南京市河西地区不同状态粘性土的超声波波速值,对比得到其与含水量W和压缩系数α变化关系。试验研究结果表明:粘性土的纵波波速值随含水量的增大而增大;而横波波速值与含水量的相关性较差;在相同含水量下粘性土的纵横波波速值的比值之间呈线形关系;一定含水量条件下,粘性土的纵波波速与压缩系数之间呈指数函数关系,横波与压缩系数之间呈线性关系。     

钙质砂压缩波速与物理性质参数关系研究

开展钙质砂纵波波速与物理性质参数关系的试验研究,对珊瑚礁地基无损检测及工程物探具有重要的理论指导意义和工程应用价值。控制试样的物性参数状态,利用制样装置进行波速测量,揭示钙质砂纵波波速与物性参数的相关关系。试验结果表明：含水率是影响纵波波速的主要因素,与纵波波速呈二次函数关系。CT扫描结果表明,试样粒径越大,颗粒内部孔隙越丰富,这导致试样孔隙比越大,波速故而越小,与粒径、孔隙比呈负相关关系。在密实度相同、不均匀系数不同时,级配良好的砂样纵波波速差异不大。经过侧限压缩后,含水率一定时,粉土纵波波速与孔隙比呈二次关系,且与密度呈良好的线性关系。利用粉土易压缩且与纵波波速紧密变化的特点,可积极探索声波在粉土地基密实度检测的工程应用。     

根据纵波速度估计砂岩的岩石学参数

根据以细砂岩为主的２４５个岩样纵波传播速度及其多项岩石学参数的测试结果，建立了波速与有效孔隙率、中间粒度值、基质含量和胶结物含量等参数间的回归关系式。并通过波速与各单项参数间的相关程度分析，确定了有效孔隙率是影响纵波速度的最显著参数。     

高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性试验研究

观察500℃内高温花岗岩遇水冷却后的物理力学特性试验研究和SEM图像发现,高温花岗岩遇水冷却后物理力学特性随温度变化规律,揭示其细观机制。结果表明,(1)高温花岗岩遇水冷却后体积随温度升高而膨胀,而质量和密度随温度升高而减小,500℃时体积增加1.32%,质量减小0.21%,密度减小1.51%;(2)纵波波速和横波波速皆随温度升高而降低,且前者降低幅度大于横波波速的,500℃时分别降低64.9%、46.8%;(3)单轴抗压强度和弹性模量随温度呈减小趋势,500℃时分别减小51.9%、58.6%,温度大于300℃时花岗岩表现出明显的塑性特征;(4)温度大于300℃时花岗岩内部微裂纹数目不断增多,尺寸不断增大,并逐步交叉、贯通形成微裂纹网络,导致高温花岗岩遇水冷却后物理力学性质的劣化。     

含水率对页岩动态弹性力学性质的影响研究

声波测试是研究岩石动态力学性质的一种重要的无损检测方法。在有机质丰富的页岩中,页岩的力学性质受含水量、岩石层理、总有机碳含量(TOC)和微观结构变化的影响。本研究在声波测试前,首先使用CT扫描技术对鹰滩页岩的每组测试样品进行扫描,对实验样品的完整性进行筛选,利用核磁共振法(NMR)测定样品的含水率。然后利用超声波脉冲传输技术在不同围压下对每组测试岩心进行声波测试。测试后,利用X射线衍射(XRD)分析了样品的矿物组分,利用扫描电子显微镜(SEM)对微结构进行了表征。研究结果表明:围压和含水率对纵波(P波)和横波(S波)速度均有显著影响,两种速度都随着围压的增加而增加。含水率的增加会降低横波与纵波的波速,含水率对横波速度比纵波速度的影响更大。含水率降低了杨氏模量和剪切模量,增加了体积模量、拉梅参数和泊松比。分析表明,引起岩石力学性质含水率变化的机制可能是粘土-水相互作用、化学反应和毛细压力变化的综合结果。     

注采参数对松辽盆地干热岩物理力学及波动特征的影响

为探究注采参数对松辽盆地干热岩物理力学及波动特征的影响,对不同注采参数下高温遇水冷却后花岗岩进行纵、横波波速测试试验和抗压强度试验。分别考虑注采参数（岩样温度、水温、高温遇水循环次数） 与岩样物理力学特征（外观形态、峰值强度、弹性模量、泊松比）、波动特征（纵、横波波速） 的关联性,建立不同注采参数下力学特征与波动特征拟合曲线,并研究搁置过程中不同岩样温度、不同水温条件下岩体物理力学及波动特征变化规律。研究发现：（1） 搁置初期,岩样温度越高,质量、纵、横波波速、弹性模量降幅越大;水温升高,质量、纵、横波波速、弹性模量降幅先增大后减小。（2） 对采热过程中岩体物理力学及波动特征影响由大到小的注采参数依次为靶区温度、注水循环次数、注水温度。提升岩样温度、增加注水循环次数,岩样力学与波动特征均逐渐下降,提高注水温度变化规律与其相反;经历600℃高温,岩样纵波波速、横波波速、峰值强度、弹性模量降幅分别达到53.44%、58.02%、66.56%、79.84%,高温遇水循环5 次 后降幅依次达到33.61%、33.63%、34.22%、56%。（3） 影响岩样力学与波动特征关联性的注采参数由大到小依次为岩样温度、高温遇水循环次数、水温。此研究能够为松辽盆地热采注采参数的选取提供一定参考。     

基于声波测试法对鹰滩页岩各向异性分析

页岩储层通常呈薄层状结构,一般认为其岩石力学参数具有横向各向同性,而其各向异性受围压（CP）、含水率和总有机质含量（TOC）等多种因素的影响。本文对不同围压下的鹰滩（Eagle Ford）页岩进行超声波波速进行测试实验,研究围压对鹰滩页岩波速及岩石力学各向异性的影响。实验结果表明,鹰滩页岩属于弱各向异性多孔介质,并具有横向各向同性、垂向各向异性的性质。纵波（P波）和横波（S波）波速随围压的增大而增大,特别是在低围压范围内增幅显著,同时围压增大会降低纵波和横波的各向异性,纵波各向异性比横波各向异性对围压更敏感。对鹰滩页岩各向异性分析为页岩储层压裂过程中裂缝的起裂和延伸规律研究提供了必要的力学参数。     

砂的物理力学性质与声速的关系

本文叙述了不同粒径的石英砂粒的物理力学特性与声速关系的室内试验研究,着重探讨了容重、含水量与纵波波速、横波波速之间的关系,给出了以含水量为参数的容重与纵横波速度间的关系式,以及空隙比与纵横波速度之间的关系式。此外分析了在各种不同含水量时,容重、空隙比与波速的单调变化关系,并给出了相应的表达式。     

人工冻土纵波波速与温度和含水率的关系

用SYC-2型超声波测试仪和20 kHz超声换能器实测了不同温度和不同含水率下冻结粉质粘土的纵波波速,对实验数据进行了分析。结果表明,含水率一定时,总的趋势是,冻结粉质粘土纵波波速随冻结温度的增加而增加,但局部有变化,-7℃是冻结粉质粘土波速增长的拐点,-20℃ 是冻结粉质粘土波速快速增长的拐点;冻结温度一定时,其纵波波速和冻土强度随含水率的增加有下降的趋势,含水率20%是纵波波速变化的拐点, 含水率大于24%时,纵波波速增长趋于平缓。     

沁水盆地煤层气储层纵波、横波速度与地层压力关系研究

在山西省沁水盆地和顺地区煤层气有利区带,选择层位稳定的太原组15号煤层采集煤岩四十四块样品.在不同压力下测试煤样的超声波纵波、横波速度,分析压力对纵波、横波速度的影响及纵波、横波速度的相关性.实验结果表明,煤岩样的纵波、横波速度随着压力的增加而增大,煤岩样的纵波、横波速度与压力之间表现出较好的二次项相关关系;煤样纵波、横波速度受压力的变化影响大于顶板岩样;煤岩样纵波、横波速度之间具有较好的相关关系.对于地震勘探中应用纵波速度预测煤层气储层的横波速度具有实践指导意义.     

北京大理岩物理力学参数的相关性研究

北京有大量采用房山大理岩制造的石质文物,这使得北京大理岩力学性质的研究对于科学指导文物保护和修复具有重要意义。但由于文物本体取样困难,难以获得其力学参数。因此本文对北京大理岩的物理、力学参数进行测试,通过建立物理参数和力学参数的回归方程,实现利用物理参数评价力学参数的目的。以北京大理岩中的青白石和汉白玉为研究对象,对8个边长为150 mm立方体试样进行施密特回弹测试,对40个Ф50 mm×100 mm的圆柱体试样进行里氏硬度、纵波波速测试和单轴压缩试验,得到了大理岩的回弹值、里氏硬度值、纵波波速与单轴抗压强度、弹性模量。分别以单轴抗压强度和弹性模量为因变量,选择单个或两个物理参数作为自变量建立回归方程。通过对比相关系数发现:（1）对于单个物理参数,单轴抗压强度与D探头里氏硬度值的相关性最好,而弹性模量与回弹值的相关性最好;（2）对于两个物理参数,单轴抗压强度（或弹性模量）都与回弹值和D探头里氏硬度值的组合相关性最好。     

致密岩石纵横波波速各向异性的比较研究

通过对板岩、千枚岩、糜棱岩和变质砂岩等4种岩石在平行和垂直层理、板理的3个正交方向上的纵、横波波速试验,提出了致密岩石纵波波速的各向异性与横波波速的各向异性普遍存在着一致性和差异性两种特征。一致性特征主要表现为致密岩石的横波各向异性随纵波各向异性的增强而增强;差异性特征主要表现为在平行和垂直层理、板理的两个方向上,纵波波速的各向异性指数大于横波,亦即纵波波速的各向异性比横波更为显著。从横观各向同性弹性介质的波速方程出发,通过具体的算例对这两种特征进行了较好的理论分析。     

水泥土单轴抗压强度与波速关系试验研究

介绍了水泥土抗压强度的声波探测技术，研究分析了水泥土单轴抗压强度与纵波速度、横波速度的关系，并对试验结果进行了回归分析。试验结果表明，用声波技术对水泥土的质量进行检测是切实可行的；水泥土的单轴抗压强度与纵波速度、横波速度之间确实存在相关关系；水泥土的单轴抗压强度越高；波速越高；单轴抗压强度为波速的函数，二者呈指数函数关系。     

围压下裂隙对地震波速度影响的物理实验研究

构建了等直径不同裂隙密度和等裂隙密度不同裂隙直径两组物理模型,进行不同围压条件下多方向的超声波速度测试,并运用Hudson理论进行了理论模型计算。结果显示,计算与实测结果吻合较好。随围压的增大,纵、横波速度均近线性增加,纵、横波各向异性基本保持不变;裂隙密度从2%增大到6%,纵波速度不同程度降低,其中慢纵波降低幅度相对较大,快横波变化不明显,而慢横波则大幅降低。随着裂隙密度的增大,纵、横波各向异性均增大,且横波各向异性增加速率大于纵波;裂隙直径从2 mm增大到3 mm,快纵波速度增加很小,慢纵波增加明显,横波速度均不发生改变。随着裂隙直径的增大,纵波各向异性逐渐降低,横波各向异性保持不变。最后结合试验结果分析了Hudson理论在不同深度进行参数预测的必要条件。研究结果有助于油气生产、地下水的开采与控制、污染处理等。      

川藏交通廊道TBM隧道岩石磨蚀性与物理力学指标的相关性

为了在川藏交通廊道TBM(tunnel boring machine)隧道的施工过程中通过岩石的常规物理力学指标快速预测岩石磨蚀性等级,及时调整掘进参数,达到充分挖掘设备潜力的目的,通过岩石磨蚀性试验和物理力学试验,利用数理统计和数学分析方法,建立了岩石磨蚀性与物理力学性指标之间的数学模型,归纳总结了两者之间的关系后发现：研究对象的干密度、吸水率及SiO2含量等物理指标与磨蚀性指数值的相关性均为低度相关;单轴饱和抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、泊松比、纵波波速、粘聚力及内摩擦角等力学指标与磨蚀性指数值的相关性为中度-高度相关;单轴饱和抗压强度、单轴抗拉强度、弹性模量、纵波波速、粘聚力及内摩擦角越大,磨蚀性等级越高;泊松比越大,其磨蚀性等级越低.     

高温后花岗岩巴西劈裂抗拉实验及超声特性研究

采用非金属超声检测分析仪和液压伺服试验系统装置,研究不同温度（25 ℃～1 000 ℃)作用后花岗岩的超声特性,分析不同温度条件下花岗岩的劈裂抗拉强度。结果表明,（1）高温后花岗岩的纵波波速、超声波形以及劈裂抗拉强度都与温度的变化密切相关;（2）随着温度的增高,花岗岩试样的纵波波速和劈裂抗拉强度逐渐减小,经历1 000 ℃高温后,纵波波速下降90%,劈裂抗拉强度下降65%,并且,纵波波速和抗拉强度间存在一定的相关性;（3）超声波波形随温度升高由整齐变混乱,由密集变稀疏,尤其在800 ℃波形变化最明显;（4）花岗岩试样的热损伤不断增加,经历1 000 ℃热损伤后,试样的脆性增加,变得轻脆易碎。     

利用纵波AVA进行裂缝储层和流体识别

裂缝储层的地震响应表现为各向异性,描述裂缝物理特征参数正柔量和剪切柔量是裂缝密度函数。含气裂缝和含油、水裂缝的剪切柔量相等;而含气时,正柔量不为零,含油、水时,正柔量为零。横波分裂能反演裂缝密度和方位,但是不能指示裂缝中流体类型。近年来,纵波速度和振幅的方位特征检测裂缝得到了广泛应用,这里根据线性滑动模型建立了描述裂缝物理特性参数和各向异性参数之间的关系,分析了流体类型识别的可行性,并利用多方位角纵波AVO反演各向异性参数和柔量参数,以此来预测裂缝中流体类型。     

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。      

粗粒料孔隙率与其他物理力学参数的相关性探讨

粗粒料的孔隙率与其他物理力学参数间有着密切的联系。通过大量试验资料的总结分析,以孔隙率为主线,通过图示、计算、分析等方法,发现各物理力学指标间存在着或正或负的相关性。研究和掌握它们之间的相关性,对试验研究人员、工程设计和施工技术人员在试验、设计和施工中通过有效控制孔隙率,分析预测试验参数、合理有效选择参数有着非常重要的意义。     

温度变化对花岗岩井壁稳定性的影响

针对深井、超深井钻遇的花岗岩地层,通过对花岗岩进行加温后纵波波速测量和常规三轴压缩试验,并基于所得到的试验结果研究不同温度后花岗岩的纵波波速和三轴压缩状态下的宏观力学特性,分析了花岗岩纵波波速、峰值应力、弹性模量、峰值应变与温度的关系;同时对三轴压缩条件下花岗岩的宏观破坏形式进行总结。研究结果表明,经过加温冷却后,花岗岩的纵波波速随着温度的升高呈降低趋势;同时,围压一定时,温度为20~200 ℃时,随着温度的升高,试样的峰值应力、弹性模量、峰值应变呈增大趋势,而在200~400 ℃,这些力学参数呈降低趋势。温度的升高,不仅会使得岩石内部的含水量逐渐减小,而且由于岩石内部矿物成分的热膨胀性不同等因素使得岩石内部产生附加热应力,从而使得岩石内部的初始裂纹发生扩展、贯通或产生新裂纹,进而影响井壁及围岩的稳定性。