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...     

宁武盆地煤岩静态力学特征研究

井壁失稳是目前制约煤层气规模化开发的关键问题之一。由岩石力学理论可知,煤岩的力学强度是井壁稳定性的决定因素之一。通过对宁武盆地煤岩进行系统力学研究,利用应力摩尔圆法求出宁武盆地主力煤岩的内摩擦角、内聚力等强度参数;建立横波与纵波幂律关系曲线,动态弹性模量与静态弹性模量间线性关系曲线及动静态泊松比间线性关系曲线,得出煤岩静态弹性参数以直接反应地层力学性质,解决了勘探开发中声波测井所得动态弹性参数无法真实反映地层力学特点的技术问题。      

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.     

莺琼盆地岩石弹性物性规律的研究

利用岩芯实验室测试数据、全波列测井数据和地震资料对莺琼盆地纵横波地震参数及衍生参数的变化规律进行了详尽地分析和研究。含气岩芯的刚性模量、纵横波速度比和泊松比比含盐水岩芯的低得多;砂岩的纵横波速度比和泊松比比泥岩的低得多。当地层埋深超过2500m时,纵横波速度比、泊松比基本不受深度的影响。岩石密度和孔隙度的相关性很好;含盐水岩芯的纵横波速度比与孔隙度的相关性很差;含气岩芯的纵横波速度比与孔隙度的相关性稍好于含盐水岩芯;高温高压状态下的纵横波速度比和泊松比的变化也是有规律的。     

海上多波多分量地震烃类直接检测方法研究及应用

岩石实验结果证明,ＹＧＨ盆地的岩石含气后,会导致①岩石的体积模量明显降低,剪切一基本不变;②纵波速度明显降低,横波速度基本不变;③多波地震属性参数比（如速度比和泊松比）出现明显异常。从纵横波剖面的对比来看,浅妄动支要纵波冲面上表现为亮点,在转换横波剖面上表现正常。利用多波多分量地震信息计算了已知气层的纵横波参数比,气层的纵横波参数比的变化规律与岩石实验结果完全一样。基于此,我们提出：①联合利用多波     

岩石孔隙流体对纵横波速度影响的实验研究及意义

我们用ＭＴＳ的超声波测试系统研究了地表岩样饱和水及孔隙压力对纵横波速度的影响。在实验研究中,分别在常温常压条件下测量了干燥岩石和完全饱水岩石的纵横波速度,并在模拟地层条件下,测量了岩石纵横波速度随孔隙压力的变化。实验结果显示：（１）岩石完全饱和水后,与干燥时相比,纵波速度将明显增加,最大可增加３０％,且岩石在干燥时的纵波速度越低速度增大的比例越大,但纵波速度增大的比例与孔隙度无明显关系。饱水前后横波速度几乎保持不变。（２）在模拟地层的温压条件下,当孔隙压力由低到高,纵横波速度均将线性减小,且横波速度比纵波速度下降的比例更大。据此,得到了识别地层异常高压和地层含气的地震速度标志。     

沁水盆地寺河矿3~#煤层弹性参数与吸附能力的关系

以寺河矿3~#煤层为研究对象,开展煤的工业分析、高压等温吸附试验和超声速度测试等工作。通过分析煤的物质组成、煤的弹性参数和煤的甲烷吸附能力三者之间的关系,研究煤的弹性参数与甲烷吸附能力的关系。结果表明:(1)煤的甲烷吸附能力与煤的波阻抗、弹性模量(体积模量K、剪切模量μ、杨氏模量E)、纵横波速度和体密度呈负相关关系:即煤岩强度越弱,煤岩的兰氏体积越大,甲烷吸附能力越强;杨氏模量、剪切模量和纵波阻抗与兰氏体积的相关性依次升高。(2)煤的弹性参数与煤对甲烷吸附能力存在负相关关系的内在控制机理是:煤中孔隙度越大、煤的矿物越少、有机质越多,对应着更低的弹性强度,也对应着更大的兰氏体积,即更大的吸附能力。其中,煤的物质组成作为煤层甲烷的直接吸附场所,同时也是连接煤岩弹性参数与煤岩甲烷吸附能力的桥梁。研究成果可以为煤层气有利富集区预测提供岩石物理指导。     

韩城地区煤岩力学特性与破坏特征试验

韩城地区二叠系下统的山西组煤岩为含裂隙的低强度高脆性介质,其抗压强度和破坏特性与加载方式和加载速率有密切的关系。利用室内试验方法,对该地区煤层气储层煤岩开展了不同加载方式的力学研究。试验结果表明,煤岩的主裂隙(面割理)走向与加载方向的关系对煤岩的力学特性有较大影响,煤岩裂隙走向与加载方向垂直时的抗压强度是裂隙走向与加载方向平行时抗压强度的1.35倍;而弹性模量和泊松比正好相反,煤岩裂隙走向与加载方向平行时的弹性模量是裂隙走向与加载方向垂直时弹性模量的1.66倍,泊松比为1.15倍;在同等试验条件下,随着加载速率的增大,煤岩强度提高,但脆性增大,易呈脆性破坏。研究成果可为裂隙型煤岩的力学特性认识及在工程中的应用提供参考。      

济阳坳陷横波速度研究及应用

随着多波勘探的发展,横波已越来越多地应用在实际勘探生产中,横波速度参数研究对于指导勘探是十分必要的.笔者利用纵横波VSP测井得到的纵横波速度,根据最小平方误差建立的速度模型,建立了济阳坳陷的纵波、横波、转换波速度参数,应用转换波速度参数提高了盐家地区的多波资料解释精度;利用多种资料总结出纵横波速度关系,为本区今后开展多波勘探提供基础资料.     

不同粒径大理岩样声学特性的研究

基于不同粒径大理岩样进行了超声波测试,研究了浸水时间和宏观裂隙对波速的影响规律,以及岩样声学参数的离散程度。结果表明,浸水时间对岩样的纵波速度有很大的影响,但对横波速度影响甚微;宏观裂隙的存在降低了岩样的纵波速度,波幅降低程度与岩样破坏程度有关;随着岩石平均粒径的增大,岩石的声学参数先减小后增大,并非单调关系,而且动态泊松比的变化幅度明显高于其他声学参数,不能作为材料的力学参数表征岩石的变形特性。      

超临界CO2注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

深部煤层CO₂地质封存与CH₄强化开采(CO₂–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排,具有能源和环境双重效益。超临界CO₂(ScCO₂)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质,增加CO₂泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象,开展“ScCO₂–水–岩”地球化学反应模拟实验,探讨CO₂煤层封存条件下ScCO₂–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明:ScCO₂–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低,促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔,并随着反应时间的持续,进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”;增加了岩样结构不连续性,使得声波传播路径增大、能量损失加剧,导致纵波波速降低;ScCO₂–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低,泊松比升高,且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言,ScCO₂–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO₂泄漏,但在评价煤层CO₂封存安全性时,还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。      

中阶煤有效弹性力学性质研究

煤的力学性质是制定钻完井与煤层气开发方案和工程措施的重要依据,也是影响煤层气储层改造效果的重要因素。煤内部含有大量的内生裂隙、构造裂隙和微孔隙,在不同应力条件下其力学参数具有显著差异。目前关于煤在不同应力条件下的有效力学参数变化规律及其内在原因的研究成果还较为欠缺,通过三轴压缩试验,可对不同应力状态下中阶煤有效弹性力学性质进行研究。研究表明,不同应力作用下煤的变形受孔隙、裂隙影响显著;在弹性变形阶段,随着围压的增加,中阶煤的有效弹性模量及有效泊松比有增加趋势,煤的有效弹性模量及有效泊松比与围压间呈非线性关系,且当围压增大到一定程度后有效弹性模量及有效泊松比趋于恒定。对应力状态影响煤有效弹性力学性质进行分析,给出了基于三轴压缩试验的含张裂缝中阶煤有效弹性模量及有效泊松比经验公式,同时对公式的适用性进行了分析。     

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。     

原料组分对动力学相似材料性质影响的试验研究

随着振动台、离心机等动力学模型试验方法的不断发展,对于动力学相似材料的要求也愈加精细。在满足动力学相似理论的基础上,如何快速、准确地配制出性质合理的相似材料是试验中至关重要的一步。本文以粒度不同的河沙、重晶石粉、铁粉、云母片为原料,以速干水泥为胶结物,对不同材料混合的动力学相似材料性质进行了试验研究。试验结果表明:（1）级配良好的骨料所配置的相似材料密度较大,且颗粒间断级配越大,骨胶比对相似材料密度影响越大;（2）以河砂为骨料、水泥为胶结物,可以配制出密度为1.5~2.2g ·cm-3、动泊松比0.2~0.4、动弹性模量2.5~5.5 GPa的动相似材料;（3）铁粉的增重效果比重晶石粉显著,且铁粉试件的动、静弹性模量随铁粉增加而显著增大,而重晶石粉比例的变化对重晶石粉试件的动、静弹性模量影响不大,在配制"高重低强"的动力学相似材料时,重晶石粉是更理想的原料;（4）随着云母用量的不断增加,试件的密度、动泊松比和动、静弹性模量均显著降低,云母片是很好的减强剂,可以用来模拟岩体间软弱夹层或结构面。     

橡胶砂弹性动力学参数的弯曲-伸缩元试验研究

橡胶砂作为一种廉价环保的土工材料,应用前景十分广阔,关于其力学特性的研究具有重要意义。采用弯曲–伸缩元法对橡胶砂进行了剪切波和压缩波联合测试,分别采用离散频率扫描法和初达波法确定了剪切波和压缩波的传播时间,进而得到其弹性动力学参数：初始剪切模量、侧限模量和泊松比,分析了橡胶含量和围压对橡胶砂弹性动力学参数的影响。结果表明：在同样围压下,随着橡胶含量的增加,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐减小,初始泊松比逐渐增大;在同样橡胶含量下,随着围压的增大,橡胶砂初始剪切模量和侧限模量逐渐增大,初始泊松比逐渐减小。最后,在此基础上进行了两种因素耦合效应的分析以及相关力学机制的探讨。     

The aging of gypsum in underground mines

The aging properties of gypsum extracted from two underground mines in France (Livry–Gargan and Grozon) have been highlighted by means of observation performed using scanning electron microscopy on samples taken along horizontal boreholes drilled through to the middle of several pillars. The aging process is exhibited by the presence of traces of dissolution (edges of the dissolved crystals, corroded crystalline surfaces, important intra- and intercrystalline space). These dissolution figures decrease in number and in intensity from the wall heading towards the middle of the pillar. The “older” pillars display a greater number of dissolution traces than the “more recent” pillars. Then, the role of the aging has been assessed by determining various physical and mechanical parameters on cylindrical samples of 38 mm in diameter and 76 mm in height, machined from the set of drilled boreholes. The following parameters have been quantified: density, grains density, total porosity, porosity accessible to water, intrinsic permeability to nitrogen, velocity of ultrasonic compression and shear waves, dynamic Young's modulus, dynamic Poisson's ratio, uniaxial compressive strength and static Young's modulus. Significant variations in parameter values between the wall and the middle of the pillar were recorded and recognized as being strongly correlated with the intensity of dissolution traces, and hence with gypsum aging.     

循环荷载下水泥土桩复合体动力参数试验研究

水泥土桩被广泛应用于软土路基加固工程中。然而,人们对水泥桩与桩间土形成的加固体的动力特性尚缺乏认识,无法合理评价水泥土桩复合地基的长期性能。基于此,本文开展水泥土桩复合体大型动三轴试验,研究围压、静偏应力、置换率及分级加卸载路径对其动力参数的影响,并分析了动力参数的波动性。试验结果表明:随着静偏应力增加,复合单元体的动弹模量减小,阻尼比增大,临界动应力比减小。随着置换率增加,动弹模量略有增加,阻尼比略有减小。逐级卸载造成复合单元体的动力参数劣化。阻尼比具有较强的波动性,复合单元体阻尼比的变异系数是动弹模量的2.8～7.0倍。相比于软土,复合体动弹模量提高了2～6倍,静偏应力越大,提高系数越大。     

岩土体物理力学参数对岩质滑坡稳定性的影响

采用有限元-极限平衡法研究了含软弱滑动带的岩质滑坡滑动体、滑动带和滑床的密度、弹性模量和泊松比及滑动带的抗剪强度对滑坡稳定性的影响。结果表明:滑床密度、滑体及滑动带的弹性模量、滑动带及滑床的泊松比和滑动的抗剪强度指标与滑坡稳定性系数呈正相关关系,而滑体及滑动带土体密度、滑床的弹性模量和滑体的泊松比与滑坡稳定性系数呈负相关关系;软弱滑动带的抗剪强度对滑坡稳定性的影响最显著,其次为软弱滑动带的泊松比和滑床的弹性模量,其他参数的影响相对较小。      

某核电厂岩体动静弹性模量的对比研究

以福清核电站二期详细勘察为依托,采用现场原位测试的方法获取岩体的动、静参数,研究其空间分布特征和相关性。结果表明,中等～微风化岩体的动态参数随深度变化具有一定的规律性,而静态参数随深度的变化规律性不强,但裂隙的发育程度对岩体动、静弹性模量均有明显的影响;在动、静弹性模量关系方面,回归分析结果表明,动、静弹性模量之间具有较好的相关性,动、静弹模的比值不随深度而变化,Ed/Es比值分布在0.9～2.19之间。系统地总结岩体动、静参数的分布规律和其相互关系,对岩土工程设计具有重要意义     

低幅应变条件下粉质黏土泊松比的非线性特征

对哈尔滨原状粉质黏土进行共振柱试验,通过扭转及弯曲试验得出相应的弹性模量E、剪切模量G、泊松比ν,旨在分析低幅应变下粉质黏土泊松比随应变发展的非线性特征。试验结果表明：随着应变的增大,粉质黏土剪切模量与弹性模量均出现衰减,但二者衰减并不同步,剪切模量先于弹性模量发生衰减;泊松比随着应变的增大而增大,并随着围压的升高而降低;在半对数坐标系下,泊松比与归一化剪切模量 近似呈线性关系,基于此提出低幅应变下泊松比预测模型。理论推导证明：低幅应变下ν- 曲线呈线性具有其必然性;随着应变的发展和 值的降低,ν- 曲线由斜率一定的线性段过渡到斜率逐渐降低的非线性段,并最终趋近于一定值。基于理论推导建立了泊松比预测模型参数与Hardin-Drnevich模型参数的关系,由此可依据低幅应变下ν- 曲线形态对较高应变下泊松比进行预测,实例验证表明该方法预测结果较好,具有一定应用价值。