Fracture in Westerly Granite under AE Feedback and Constant Strain Rate Loading: Nucleation, Quasi-static Propagation, and the Transition to Unstable Fracture Propagation

New observations of fracture nucleation are presented from three triaxial compression experiments on intact samples of Westerly granite, using Acoustic Emission (AE) monitoring. By conducting the tests under different loading conditions, the fracture process is demonstrated for quasi-static fracture (under AE Feedback load), a slowly developing unstable fracture (loaded at a `slow' constant strain rate of 2.5 × 10<sup>−6</sup> /s) and an unstable fracture that develops near instantaneously (loaded at a `fast' constant strain rate of 5 × 10⁻⁵ /s). By recording a continuous ultrasonic waveform during the critical period of fracture, the entire AE catalogue can be captured and the exact time of fracture defined. Under constant strain loading, three stages are observed: (1) An initial nucleation or stable growth phase at a rate of ~ 1.3 mm/s, (2) a sudden increase to a constant or slowly accelerating propagation speed of ~ 18 mm/s, and (3) unstable, accelerating propagation. In the ~ 100 ms before rupture, the high level of AE activity (as seen on the continuous record) prevented the location of discrete AE events. A lower bound estimate of the average propagation velocity (using the time-to-rupture and the existing fracture length) suggests values of a few m/s. However from a low gain acoustic record, we infer that in the final few ms, the fracture propagation speed increased to 175 m/s. These results demonstrate similarities between fracture nucleation in intact rock and the nucleation of dynamic instabilities in stick slip experiments. It is suggested that the ability to constrain the size of an evolving fracture provides a crucial tool in further understanding the controls on fracture nucleation.     

水对不同岩石声波速度影响的研究

通过分析不同成因类型岩石的声波速度,提出了水对不同岩石声波速度的影响,从岩石孔隙及隐微裂隙的发育程度及岩石的水理性质解释了在水的作用下岩石声波变化规律,利用这些规律可以初步判断岩石的隐微裂隙发育程度及水理性质。     

深部找矿与蒋氏TEM双定源回线装置方案

双定源回线装置的水平场Hx,其强度大、均匀,有利于探测深部陡倾斜金属矿藏,并可用作远距离井中测量的场源。此方案可用于危机矿山的找矿工作。     

声波测井岩石波速统计分析

通常不同岩性的声波速度不同,同一岩性因裂隙发育和风化程度不同,声波速度也不相同。声波测井技术就是依据岩层的这一特性,划分不同岩层及岩层的风化破碎程度。这里对某铁路线的勘测的声波测井结果进行统计分析,给出了测区钻孔揭露的主要岩石较完整状态的声波波速统计值和异常发育概率统计。     

起伏地表条件下的声波散射数值模拟的积分方程法

从散射理论的角度来看,起伏地表可以看作是一种特殊的扰动介质,因此应用散射积分方程求解起伏地表条件下的散射场在理论上是可行的。从三维频率域声波方程出发,由格林函数定理,得出起伏地表条件下的散射积分方程。散射积分方程为关于起伏地表的面积分和与速度扰动体有关的体积分之和,同时给出了格林函数在奇异点的积分方法。由于数值离散求解积分方程存在着计算时间太长和存储内存不足的问题,采用电磁散射积分方程的拟解析近似的方法。在假设反射函数为缓变函数的基础上,最终得到其近似表达式,因此散射场的数值求解不必再借助于代数方程组,只要进行数值积分即可。这种方法避开了传统数值计算方法存在的问题,为地震散射波场快速正演模拟打下了基础。理论分析表明,这种方法适用于小扰动的问题。当扰动较大时,拟解析近似会产生较大的误差。     

利用浅海的声传播损失反演海面风速

声信号在浅海环境传播时,经过海面风浪的不断散射,传播损失会相应改变。本文通过分析声传播损失计算海面波高,利用风浪充分成长时波高与风速的关系,对海面风速进行反演,并针对声速剖面在有无跃层两种情况下反演过程的异同进行讨论。利用模拟仿真与2013年黄海声传播实验数据对其进行了验证,结果表明此方法是有效的。     

我国海洋声学探测技术竞争力分析

海洋声学探测技术用于海洋物理及海洋特定目标特性探测,是人类认识海洋、开发和利用海洋丰富资源必不可少的海洋高技术。文中全面介绍了海洋声学探测技术的技术结构以及致力于此技术研究的国内外主要研究机构,着重对比分析了国内外海洋声学探测技术的发展现状与趋势,并总结出我国该领域现存在的问题。结果表明我国海洋声学探测技术水平与国外相差10 a左右,未来需靠长期稳定支持、按需开展研究、加大基础工业投资以及提高材料与工艺水平等措施推进我国海洋声学技术的良性发展。     

ARM和FPGA在水声浮标数据采集存储中的应用

介绍了ARM(advanced RISC machines,英国电子公司)和FPGA(可编程逻辑阵列)在水声浮标(文中简称新型浮标)数据采集存储中的应用。利用FPGA丰富的硬件资源实现新型浮标系统多通道同步采样,并在ARM模块中移植Windows FAT32文件系统,嵌入USB底层驱动,实现采集数据的高速存储。描述了系统设计与实现,并对该数据采集存储系统进行了通道隔离度、动态范围、系统自噪声和功耗等指标测试。实验结果表明,该系统通道隔离度90d B(参考1V);动态范围≥110d B(参考1V);系统自噪声≤40d B(参考1 n V);系统总功耗为4.2 W。     

Comparison of P- and S-waves velocities estimated from Biot-Gassmann and Kuster-Toksöz models with results obtained from acoustic wavetrains interpretation

Kuster-Toksöz and Biot-Gassmann models for estimating velocities of longitudinal and shear waves on the basis of well-logging data were analysed. P-wave and S-wave velocity models are crucial for interpretation of seismic data. Discussed models enable determination with quite good accuracy, in some cases higher than the acoustic full wavetrains interpretation. Because velocity strongly depends on lithology and saturation of pore space, the selection of parameters of rock matrix, hydrocarbons and formation waters has a strong effect on the quality of velocities estimation.     

无线电波透视快速勘探技术及其应用

无线电波透视技术作为探测煤层工作面内地质构造的一种较为成熟方法,具有快速、轻便、透距大、成本低等优点,但也存在现场观测系统单一、耗时长、接收操作员劳动强度大等缺点。通过对无线电波透视技术现场观测系统的改进,提出"一发双收"数据采集方法及数据校正处理技术。由于"一发双收"的数据是由两个接收机同时接收,因此其数据必须经过校正才能使用。在数据采集中:一是要求两台接收机在一条测线同一地点的场强值差别很小;二是要求做到数据采集中至少存在一个重合接收点,且其重合点数据比值应在0.98～1.02范围内。"一发双收"数据使用无线电波透视CT软件系统处理软件进行拼接,若数据曲线出现阶梯跳跃,则应把低值(或者高值)乘以该重合点数据的比值以保证曲线平滑。在张集煤矿1114(3)工作面探测实践中,使用该技术探测画出其工作面存在三个主要异常区:1#异常区在退尺20~100m处为断层影响区;2#异常区退尺480~560m处为断层影响区;3#异常区在退尺1200~1300m处为断层和薄煤影响区。目前该工作面探测区已经回采,探测结果与实际回采验证结果比较吻合,说明一发双收的探测方式可行。