几种自由边界实施方法在完全 匹配层条件下的对比研究

传统的完全匹配层技术是一种能够较为有效地消除边界反射的边界条件,但是当表层为泊松比较高的自由表面时,该技术可能会产生不稳定的现象.针对传统的完全匹配层技术固有的不稳定和掠射情况下吸收效果不佳等缺陷,发展了多轴完全匹配层、卷积完全匹配层以及将两者结合的多轴卷积完全匹配层等3种边界条件.本文介绍了水平自由表面的不同处理方法以及传统、多轴、卷积和多轴卷积等4种完全匹配层条件的原理,通过二维半无限空间模型的交错网格有限差分正演模拟对比,分析了几种自由边界实施方法在这几种完全匹配层条件下的稳定性,并通过提取单道波形与解析解进行对比,定性分析了水平自由表面几种不同处理方法的准确性以及各自的适用条件. 结果表明,泊松比和水平自由表面实施方法对波场模拟效果及其稳定性有重要影响.      

基于最大周向应变断裂准则定向射孔水力裂缝扩展研究

利用最大周向应变断裂准则,基于裂纹扩展增量法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果表明,上述裂缝扩展方法能有效模拟水力裂缝扩展过程。在此基础上利用该方法分析了定向射孔水力裂缝初始起裂水压、扩展路径和裂缝"偏转角"受射孔长度与倾角、地应力差、泊松比和注水压力的影响。通过预测裂缝初始起裂水压和扩展路径,可以优化选择合适的射孔参数。减小地应力差有助于降低裂缝起裂水压,同时可以使裂缝在扩展过程中沟通更大的有效储层。泊松比在临界荷载条件下对裂缝起裂特性产生显著影响,但是在高水压条件下对裂缝扩展路径无明显影响。敏感性分析表明,射孔倾角是影响压裂效果的关键性因素。对上述多因素的影响分析可以为定向射孔水力压裂设计与施工提供重要的参考依据。     

地震勘探技术在煤系非常规气富集区预测中的应用

为了预测鄂尔多斯盆地东缘某勘探区煤系非常规气的资源富集区,采用地震勘探方法在这一新领域进行预测。首先,利用叠后波阻抗反演技术对储层进行岩性预测,通过波阻抗阈值得到样点个数,再与采样率计算出时间厚度,然后乘以岩层速度得到岩层厚度;其次,采用叠前AVO反演技术对储层进行含气性预测,经过分析含气饱和度与AVO相关属性参数之间的关系,得出与有利含气区敏感性最高的属性特征。最后,把储层厚度较厚和呈低拟泊松比属性特征的区域划定为各层含气有利区,并对勘探区下石盒子组八段、山西组和本溪组的砂岩气和页岩气进行了富集区预测,钻井验证效果较好。资源富集区的预测结果表明,地震勘探技术在该区域对煤系非常规气这一新领域的预测是可行的,此方法对其他区域煤系非常规气资源富集区的预测有借鉴意义。      

围压作用下岩石样品中微裂纹的闭合

岩石中普遍存在的微裂纹对其物理性质有十分显著的影响.为了得到不同围压条件下岩样内部微裂纹形态的变化,选取几种具有明显层理的岩石圈岩石样品,在不同围压下沿相互正交的三个方向对纵横波速度和线应变等进行了测量,根据O’Connell模型通过计算得出有效泊松比、裂纹密度、裂纹孔隙度和裂纹的c/a比值（a为硬币形裂纹半长轴的长度,c为其半宽度）.结果表明,随着围压的增加,在垂直于层理面的方向上裂纹闭合最快但c/a比值不减反增.结合显微组构分析可知,岩石中的裂纹表面实际上是凸凹不平的,在围压增加引起裂纹闭合过程中一条裂纹可以变成几个,长度成倍减小但宽度变化不大,所以在垂直于层理面的方向上c/a比值随围压增加而增大.但另两个方向上的变化明显不同,应该与模型本身的适用范围有关.通过同时测量纵、横波速度,计算c/a比值,可以对样品中微裂纹的几何形态及空间分布方式有定性或半定量的了解.     

岩石卸荷力学特性的理论研究

采用卸载状态岩石的力学参数和相应的强度准则,描述卸荷岩体的力学性质可能存在一些不足之处。为了能够从理论上更准确地分析卸荷岩体的力学性质,从弹性应变能出发对卸荷岩体力学性质的演化进行了探讨,研究了岩体的开挖卸荷与卸荷试验中试样初始损伤程度的不同之处和弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量和泊松比内在关系,简要地分析了现有强度准则在描述卸荷岩体力学性质方面的不足之处。以弹性应变能为基础采用加载状态的岩石力学参数,对岩石的卸荷力学特性进行了理论分析与试验验证。结果表明,现有的大多数强度准则难以描述试样卸荷破坏时强度特征,且可能存在不满足能量守恒定律的情况;基于弹性应变能强度准则既可得到表征卸荷破坏时岩石的强度提高,又可以描述强度的减小。文中分析了产生上述结果的本质机理。     

华南大陆东部赣闽地区地壳厚度与泊松比研究

通过收集江西省和福建省共58个固定台站记录到的2011-01～2012-12的远震数据,利用接收函数H-κ扫描叠加方法得到台站下方平均地壳厚度和波速比估计,并通过插值得到华南大陆东部赣闽地区整体的地壳厚度变化趋势以及泊松比分布情况。结果表明,研究区地壳厚度约为28～34 km,由内陆向沿海有起伏地逐渐减薄,赣南地区同福建沿海地区地壳厚度较薄,江西东部和福建西北部地壳较厚;泊松比约为0.21～0.28,由内陆向沿海逐渐增加,赣北地区泊松比值最低,低于0.23（波速比低于1.70）,沿海地区泊松比较高,可达0.28（波速比为1.83）。并探讨了造成地壳厚度和泊松比变化的构造因素。     

一种测试动三轴试样泊松比的方法

利用非接触式位移传感器研制了一套测量动三轴试样径向变形的装置。针对试样两端透水石对试样径向变形的约束,推导了对实测径向变形的修正关系。利用径向与轴向变形测量装置,就可以依据实测动三轴试样的轴向与径向变形确定其泊松比。通过橡胶、饱和细砂、饱和软粘土试样固结不排水动三轴试验与结果分析,说明利用这里提出的方法可以比较客观地确定动三轴试样的泊松比。这里的研究结果还表明,固结后的饱和三轴土样在不排水条件下受振动应力作用时,当其轴向动应变从10-5增大至10-3时,泊松比的变化基本为一常数,且与固结压力的大小无关,将其取为接近0.5是合理的。     

复合地基等效弹性参数研究

考虑复合地基边界约束条件的影响,采用复合地基单元体模型,基于变形一致的原则,推导了复合地基在弹性变形阶段的等效变形模量和等效泊松比的解析解。研究表明,复合地基的等效弹性常数与复合单元体侧向约束条件有关,侧向约束越强,等效变形模量越大,泊松比越小。侧限条件和无侧限条件的等效弹性常数是复合地基各种约束情况下的2个极值,在较强的侧限约束条件下,等效泊松比随置换率的变化相对明显。研究还表明,按面积加权法计算的复合变形模量偏小,而计算的复合压缩模量偏大,等效压缩模量与加权法计算的差值随置换率不同而异,并随着桩土压缩模量比的增大而增加,其差异一般可达20%～30%     

原状海洋土动泊松比的试验研究

利用空心圆柱扭剪（HCA）仪,针对原状海洋粉质黏土,通过循环三轴及循环扭剪试验,得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比,探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明：土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大;有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响,动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少;且随着广义剪应变的增大,两者对动泊松比的影响减小,当广义剪应变增大到1.8×10-2左右,试验终止,此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象,说明土体未出现剪胀现象,试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性     

干砂弹性参数测定的弯曲-伸展元试验

利用安装在共振柱测试系统中的弯曲-伸展元,开展了干砂中P波（压缩波）和S波（剪切波）的室内试验,详细地分析了干砂中P波和S波的信号特征,研究了输入频率、土体密实度和有效围压对输出信号的影响。对比各种信号分析方法,并参考共振柱试验结果确定了S波的传播时间。根据实测波速和波动理论,确定了土体的弹性参数,包括剪切模量,侧限模量和泊松比。研究结果表明,P波和S波的输出信号频率在一定程度上随输入信号频率、土体密实度和有效围压的增加而增加,且P波信号比S波信号更容易确定波的传播时间;土体的弹性模量随土体密实度和有效围压的增加而增加,但剪切模量增长比侧限模量快;土体的泊松比并非一个常数,随着土体密实度和有效围压的增加而下降。初步探讨了利用剪切模量估算泊松比,以方便实际工程应用。