不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性研究

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法,岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言,其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明,珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系,与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性,珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好,珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系,结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果,提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准,具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理,建立了修正的时间平均公式,而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。     

不同埋深珊瑚礁灰岩物理力学特性宏细观研究

文章针对中国南海不同深度珊瑚礁灰岩物理力学特性，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线断层扫描（CT）技术，表征浅层和深层礁灰岩微细观形貌和内孔隙结构特征，建立纵波波速与孔隙率、密度的定量关系，开展干燥和饱水礁灰岩单轴压缩试验，探讨礁灰岩基本物理力学特性。试验结果表明，浅层礁灰岩疏松多孔，孔隙连通性较好，主要矿物成分为文石，属生物沉积岩；深层礁灰岩较为致密，孔隙连通性差，主要矿物成分为方解石，属变质岩。深层礁灰岩孔隙率约为浅层礁灰岩孔隙率的1/10，平均峰值抗压强度约为4.8倍，平均弹性模量约为4.5倍。礁灰岩属于极软岩或软岩，具有脆性破坏的特征，典型破坏模式为沿原生孔隙、生长线和弱胶结面等缺陷的多破裂面破坏，峰后残余强度较高。礁灰岩水岩作用效应显著，浅层礁灰岩软化性强于深层礁灰岩。浅层与深层礁灰岩物理力学性质存在较大差异，主要源于不同埋深下成岩胶结作用程度不同所导致的矿物组分、孔隙结构与岩性的差异。     

礁灰岩嵌岩桩的模型试验

援建马尔代夫的马累－机场岛跨海大桥项目作为我国“一带一路”的经济建设规划之一,桥梁桩基坐落于与我国南海珊瑚礁岩土体结构极为相似的珊瑚礁中。由于国内外开展珊瑚礁嵌岩桩的设计经验不足,故需要通过试验方法获取珊瑚礁嵌岩桩的承载特性和相关数据。对取自马累岛和机场岛桥基位置的礁灰岩岩芯开展室内桩基承载特性试验研究。测得礁灰岩的密度、相对密度、饱和单轴抗压强度、三轴剪切强度等基本物理力学指标,结合礁灰岩中嵌岩桩模型试验结果,获得模型桩承载力随桩端位移的变化规律。试验结果表明：桩岩界面先后经历弹性剪切、剪应力跌落和摩擦剪切3个阶段。在弹性剪切阶段,界面剪切变形以弹性变形为主,极限弹性位移 呈现出随弹性模量E增大而递减的趋势。在剪应力跌落阶段,应力软化急剧,并很快过渡到界面的摩擦剪切。通过试验发现,在低围压下,礁灰岩的残余侧摩阻力与饱和单轴抗压强度呈正相关关系。随着围压增大,残余侧摩阻力受围压影响较大。     

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。     

单孔声波测试及其工程应用应注意的几个问题

单孔声波测试是岩土工程勘察的重要原位物探测试项目。在测试方法和仪器样参数的选择、弹性纵波的识别、完整性系数的计算等方面以及测试结果的工程应用方面,测试人员不易掌握,常出现争议。笔者就波列包含的地质信息的应用、波速与完整性的关系问题进行探讨,以抛砖引玉,共同提高勘测技术水平。     

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。     

深部冲击倾向煤岩循环加卸载的纵波波速与应力关系试验研究

研究了单轴循环加卸载条件下深部冲击倾向煤岩样应力与纵波波速的耦合关系,基于煤岩试样在弹性阶段纵波波速变化梯度大,塑性阶段波速变化趋于平缓的特征建立了应力与纵波波速之间的试验关系模型,并对模型参数进行了分析。研究表明：①由于闭合的孔隙和裂隙又重新张开,颗粒之间的压实程度减弱,煤岩试样卸载过程中,随着应力的降低,波速也降低;②部分裂隙和孔隙在压密阶段发生永久闭合,造成应力降低后再无法张开,因此下一循环的开始纵波波速值要大于第一个循环开始时的波速值;③与实测值的相关系数计算结果表明,试验关系模型具有较高的拟合度,很好地体现了试样纵波波速变化对载荷的敏感程度。     

场地波速测量资料处理的小波变换方法

在场地波速测量中,由于噪声等因素的影响,很难准确识别P波、S波的初至时刻,致使波速结果存在很大的误差。本文给出了一种基于小波变换的波速测量的新方法。该方法利用波动信号的小波变换与弹性波群速度的关系准确识别弹性波初至时刻。弹性波小波变换的峰值时刻代表着以群速度传播的弹性波的初至时刻,使P波、S波的初至时刻的确定具有明确的物理意义,波速的结果准确、可靠、稳定。此外,利用波动信号的小波多尺度分析,还可以确定地层中传播的弹性波的频散特性。最后,该方法在场地波速测量的实测信号的应用表明,该方法可准确确定P波和S波速度。     

珊瑚礁工程地质研究进展

珊瑚礁是发育于热带海洋环境中由生物作用和地质作用共同形成的地质体,是一种特殊的岩土介质类型,有着独特的工程环境特性和工程地质性质。珊瑚礁工程地质研究是现代工程地质学的一个新课题,是近年来为适应珊瑚岛礁工程建设的需求而发展起来的。介绍了珊瑚礁工程地质研究的内容及意义,综述了国内外珊瑚礁工程地质研究的历史现状及其进展,指出应将珊瑚礁体作为工程岩体,进行工程地质环境区带划分及各区带工程地质条件评价;分析礁岩体结构特征和礁体稳定性及其影响因素;分析礁体工程适宜性、地基及其环境与工程活动相互关系。针对珊瑚礁岩土的土力学特点,加强珊瑚礁颗粒破碎机理及其对工程地质性质影响机制的研究;建立能够代表珊瑚礁应力—应变特性的本构关系。     

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。     

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。     

卸荷过程岩体中弹性波波速变化分析

伴随岩体卸荷过程,岩体内部应力状态要进行调整,同时岩体内部几何结构也要发生变化。由于卸荷过程应力状态变化很复杂,文中利用卸载过程中岩体内部几何结构的变化来反映卸载过程,通过岩体几何结构对弹性波传播的影响来分析卸载过程的波速。为考虑弹性波作用下局部裂纹的相互作用,采用双裂纹模型近似分析。在双裂纹体系内部采用“相互作用”分析法,以部分考虑波在岩体内的多次散射;在双裂纹体系之间采用线性叠加分析法,以考虑岩体中缺陷影响的局部化。通过节理裂隙的张开程度和节理裂隙的张开率描述卸载过程对双裂纹体系的影响,由此,对比分析了开挖卸载过程中四种不同的玄武岩与主频25 kHz和主频1 kHz对应的弹性波波速的变化。结果表明,随着卸载过程的推移,主频25 kHz声波和主频1 kHz地震波对应的相对波速逐渐减小,但声波波速的减小幅度要比地震波减小的幅度小,声波波速可以降低到原来的80%,而地震波波速可以降低到原来的50%。结论对于水利工程、隧道工程等建基面的验收和评价有很好的指导意义     

岩质高边坡岩体变形参数及松弛带厚度研究

预测岩质高边坡开挖后岩体变形模量的变化及松弛带厚度，是分析岩质高边坡在开挖后变形（位移）和作好防护设计的重要资料，运用波动力学关于平均应力与体积模量、岩体纵波速度与弹性模量、变形模量间的关系，通过部分实测资料及边坡应力场有限元分析的资料，分别建立了纵波速度与岩体变形模、岩体应力间的关系，研究了开挖边坡岩体变形模量的变化，预测了岩体松弛带的厚度。     

人工冻土声波参数试验研究

用ＳＹＣ－２型声波探测仪，对取自淮南矿区井下冻粘土，冻砂土进行了测定。其声波纵横波速振幅衰减系数及动弹模与冻土温度、含水量、容重的关系均用于幂指数形式较好地描述。其中容波速，动弹模及振衰减的影响最大；其次为温度、含水量；冻土振幅度衰减系数对其物理参数变化的敏感性大于波速。另外还研究了冻粘土与冻砂土怕波特性差异、截载大小及加载时间对冻土怕特性影响。     

遇水冷却的高温大理岩力学与波动特性分析

岩石经历高温作用冷却后工程特性的变化情况,直接影响着地下深部空间及资源的开发与利用、核废料的存储以及突发性高温灾害后地下工程的稳定性评价。以大理岩为研究对象,对遇水冷却和自然冷却后的高温岩样进行单轴压缩试验和声波测试,分析和比较岩样在不同状态下峰值强度、弹性模量、衰减系数、纵波波速和主频的变化情况。结果表明：随着温度的不断升高,遇水冷却高温大理岩的峰值强度、弹性模量和纵波波速总体上均呈现减小趋势;低于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数逐渐增大,主频逐渐减小;但高于400 ℃时,随着温度的升高,衰减系数和主频并未完全呈现单调递增或递减趋势,出现了高温拐点;在经历相同高温作用后,遇水冷却大理岩的峰值强度、弹性模量和主频均低于自然冷却,而纵波波速、衰减系数均高于自然冷却。研究结果可以为遇水冷却的高温岩石工程性状的检测和稳定性的评价提供参考,对经历高温作用的岩石冷却方式的选择具有指导意义。     

水电工程坝基玄武岩体波速与变形模量关系

岩体变形模量是岩体工程设计最重要的参数之一.由于受到资金、时间、尺寸效应等限制, 在工程勘察设计阶段往往不可能大量开展岩体现场和室内变形模量试验, 试验结果也不具有普遍代表性.因此, 水电工程常常采用岩体纵波波速与变形模量之间的相关关系来估算大范围及深部岩体变形模量.根据波动微分方程从理论上解释了岩体纵波波速与变形模量之间内在的联系.以我国西南金沙江干流上坝基主要为玄武岩体的4个大型水电工程为例, 根据132组现场变形模量试验结果与同向波速测试结果建立玄武岩体波速与变形模量相关方程, 并与也有的研究成果对比分析.研究成果表明, 玄武岩体波速与变形模量具有较好的相关性.当波速小于4 500 m/s时, 不同类型玄武岩根据波速计算变形模量差别较小; 当波速大于4 500 m/s时, 差别逐渐增加.选取最优的相关方程用于估算坝基玄武岩体变形模量, 为水电工程坝基玄武岩体变形模量的快捷评价提供科学依据.