考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性

推导了考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道的位移解析解,利用参数可辨识条件对考虑剪应力作用时横观各向同性岩体中圆形巷道位移反分析的惟一性进行了探讨。结果表明,无论布置多少个测点也不能惟一地反分析出所有7个参数,必须至少已知3个参数,才有可能惟一地反分析出其他参数;水平与竖直地应力分量是否为 0 对反分析惟一性有一定影响;3个地应力分量的可辨识性最好,各向同性面上的弹性模量和泊松比次之,垂直于各向同性面方向的弹性模量和泊松比最差。与不考虑剪应力时位移反分析惟一性结果相比,考虑剪应力时参数的可辨识性顺序不变,但是条件惟一的比例降低,不惟一和绝对惟一的比例增加,说明考虑剪应力能够提高位移反分析的惟一性。工程实例计算表明,推导的位移解析解和反分析惟一性探讨结果能够很好地指导岩体参数反演计算。     

横观各向同性页岩岩石物理模型建立——以龙马溪组页岩为例

在龙马溪页岩微观物性特征分析的基础上,综合利用测井解释、微观测试分析资料,建立了一种适用于龙马溪页岩的横观各向同性岩石物理模型,该模型建模过程：将各向异性SCA和DEM模型联合模拟得到的黏土和干酪根混合物作为背景介质;采用SCA模型对脆性矿物混合物进行模拟,利用各向异性DEM将脆性矿物混合物添加到背景介质;进一步将空孔隙添加到页岩基质,并利用Brown-Korringa模型进行各向异性条件下的流体替换,从而得到横观各向同性页岩岩石物理模型.通过对四川盆地A井龙马溪页岩进行岩石物理建模分析,计算了孔隙纵横比、纵横波速、各向异性系数和弹性参数,检验了模型的准确性.研究结果表明：矿物颗粒和孔隙纵横比是影响模型精度的关键参数,黏土和干酪根颗粒纵横比为0.05,图像识别获得的脆性矿物颗粒纵横比主要分布于0.45~1.0（集中分布于0.5~0.85）,横波波速反演获得的孔隙纵横比主要分布于0.1~0.3（平均值约为0.22）;模型预测和实测纵波波速之间误差为-2.40%~2.21%（平均绝对误差仅1.20%）,预测和实测横波波速之间误差为-1.93%~1.42%（平均绝对误差仅0.64%）,证实了本文模型的准确性和精度.本文模型能够准确计算页岩5个独立的刚度系数,为页岩弹性参数、声波波速、各向异性和脆性分析提供了有效手段,也为后续地球物理和工程地质参数分析提供了重要依据.     

塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流能谱特征分析

利用塔克拉玛干沙漠腹地近地层湍流观测资料,计算并分析了不同稳定层结条件的湍流速度谱、温度谱及局地各向同性特征。结果表明,湍流速度谱和温度谱在惯性副区均满足Kolmogorov的-2/3指数规律,且稳定条件的相关系数更高;速度谱满足湍流各向同性的低频限制理论。近中性条件的温度谱和弱不稳定条件的速度谱在高频段有尾部上翘现象;稳定情况下的v谱和近中性条件的u谱、T谱在低频处也有上翘现象。沙漠腹地水平湍流尺度范围介于森林和草地之间,不稳定层结比稳定层结的谱峰更偏向低频端,且峰值尺度更大。     

Simple shear in sand with an anisotropic hypoplastic model

The paper deals with the anisotropic extension of an inherently isotropic hypoplastic constitutive model. Inherent transverse isotropy is incorporated into the model with the help of an operator of anisotropy which is determined by the orientation of the bedding plane and three constitutive parameters. The approach is rather general and is not connected with any specific type of constitutive model. In the present study, two possible extensions of the hypoplastic equation are considered: the application of the anisotropy operator to the nonlinear part of the equation and to the whole equation. The two modifications are exemplified by numerical calculations of simple shear.     

利用随钻正交偶极子声波测井评价地层各向异性的数值研究

在随钻测井条件下,由于钻铤占据了井孔内的大部分空间,充液井孔中沿着井轴方向传播的模式波的特性与电缆测井非常不同.本文建立了随钻正交偶极子测井声学模型,采用三维有限差分方法模拟了偶极子声源在随钻条件下各向异性地层井孔内激发的声场,研究了地层的声学各向异性在随钻正交偶极子声波测井中的响应特征.数值模拟结果表明,在随钻测井条件下,对于井轴同TI地层对称轴垂直的情况,弯曲波分裂现象仍然存在,通过正交偶极子测量方式和合适的反演算法能够准确有效地确定地层的快横波方位角,可以考虑采用同正演理论相结合的反演算法来获得地层的快、慢横波速度及声学各向异性信息;对于井轴同介质对称轴呈一定夹角的TI地层井孔,情况变得非常复杂,不同井斜倾角下弯曲波的速度的变化趋势并非同对应的地层横波速度的变化趋势完全一致,不过在一定的频段内,地层横波速度仍然是弯曲波的最主要控制因素.对于本文研究的模型,当井轴同介质对称轴的夹角大于大于60°时,此时获得的弯曲波的各向异性值基本能够反映对应角度下地层横波速度的各向异性信息.     

多层横观各向同性地基轴对称固结的传递矩阵解

从横观各向同性地基轴对称Biot固结的基本方程出发,通过关于t的Laplace变换和关于r的Hankel变换,得到关于z的一阶常微分方程组。然后,对变换域内的基本未知量进行线性化处理,建立了变换域内的基本状态变量在z = 0处和任意深度处z的显式关系。利用传递矩阵法,结合层间连续性条件和边界条件,得到了多层横观各向同性地基的Biot固结轴对称问题的解答。该解答能避免随着层数增加而需要求解大型方程组的困难,明显地提高了计算效率。     

倾斜裂隙介质反透射系数研究

自然界的裂隙排列并非都是直立的,在复杂地壳应力作用下裂隙排列很可能是倾斜的.本文从各向异性弹性动力学基本方程出发,在特征矩阵方法基础上提出了计算任意倾斜裂隙介质水平界面上的反射、透射系数的简单方法,并利用该方法计算了倾斜裂隙介质P-P波、P-SV波和P-SH波的反透射系数.结果表明,P-P波、P-SV波和P-SH波的反透射系数与倾斜裂隙的倾角、测线方位以及偏移距这些物理参数之间存在一定的依赖关系.此外我们计算了C波的零入射相角时的反射系数,发现该反射系数跟裂隙倾角、裂隙的方位角有着明显的对应规律,且各向异性越强时,该反射系数越大.这些研究对于深入了解倾斜裂隙的动力学特征具有一定的意义.     

地磁学中的球面各向同性随机矢量场

从地磁场随机模拟的需要出发，研究球面各向同性随机矢量场．首先指出，与三维空间中的随机矢量场不同，在球上均匀性蕴含于各向同性；三维均匀各向同性随机矢量场一定是球上各向同性随机矢量场，反之不真．其次，以地核磁场的随机模型为例，给出了球面各向同性模型的空间两点关联张量的并矢表示，并将其在不变坐标系分解；利用核幔边界地球主磁场的球谐功率谱的幂级数拟合模型，估算空间两点关联张量．因此，即使根据地球主磁场观测认定地核场具有球面各向同性，亦不能推定地核内部磁流体运动是三维均匀各向同性的．     

Homogenization of anisotropic elastoplastic behaviors of a porous polycrystal with interface effects

This paper is devoted to develop a theoretical framework to predict the macroscopic transversely isotropic elastoplastic behavior of clay‐like material, which is viewed as a porous polycrystal. We consider evolutions of two local plastic mechanisms of grains and interface simultaneously, for which a Schmid criterion is used for the strength of sheet‐like grains and a Tresca criterion for the strength of interfaces between particles. By adapting the standard incremental method, we propose firstly a classic self‐consistent model, which does not consider the effect of interface, then a generalized self‐consistent model in which the solid phase is represented by laminated (or isotropic) spherical grains surrounded by interfaces. Comparisons of numerical predictions between these two methods are performed and have demonstrated the validity of the generalized self‐consistent model taking account of interface effects. Numerical simulations of uniaxial compression tests have shown that the macroscopic elastoplastic behavior of polycrystalline (clay‐like) material can be successfully predicted by the way of considering the two local plastic mechanisms at microscopic scale. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

横观各向同性层状半空间中的弹性位错

本文在柱向量函数系下,利用传播矩阵法求解了层状横观各向同性半空间由内部点源位锚引起的变形;对六个基本点源位错,以等价体力法推出了横观各向同性情形下的点源函数,并且给出了内部任意剪切位错源引起的地表位移的积分表达式。为研究地球的层状结构,特别是其上部的横观各向同性对地表的地震位移、应变以及倾斜场的影响提供了计算公式。