饱和砂岩的黏弹行为的实验研究

通过Metravib热机械分析仪,用正弦波进行加载,实验时固定静载为100 N,正弦波动载荷恒为60 N,将总载荷控制在屈服点以下;在温度为-50～125℃,升温速率为1℃/min,频率为5～1000 Hz的条件下,对泵油饱和长石砂岩、彭山砂岩样品进行单轴循环加载实验,求取泵油饱和长石砂岩和彭山砂岩的衰减、耗散角、模量...     

孔隙介质中波的衰减及其对冲击波的防护作用

孔隙介质对波的衰减极为显著,因此,它能有效降低介质中冲击波的能量。普遍来说,地球浅层介质均可视为孔隙介质,即可作为应对冲击波的天然防护材料,这对大型地下结构的安全防护有着重要的意义。本文通过对大振幅应力脉冲通过水或冰充填的人工节理孔隙介质的测量结果分析,讨论了节理中固相/液相水对爆炸效果的作用。基于双孔隙模型和部分饱和模型计算预测的P波速度以及岩石衰减和频散规律,与实测数据相一致。实验与模型预测均表明,节理中的水和冰对冲击波有较大的衰减,但是充水节理更为明显,且由于填充材料的不同会导致不同的介质性质。因此,在地球介质孔隙节理中充填不同衰减特性材料,可以满足不同情况下的冲击波防护需要。      

饱和砂岩在温度和频率域的衰减和速度频散

利用Metravib热机械分析仪, 在天然地震的频率和温度范围内, 首次对泵油和甘油饱和两种孔隙度的彭山砂岩的衰减和速度频散进行了实验研究． 结果表明, ① 泵油饱和彭山砂岩对频率和温度的依赖呈热激活弛豫规律; ② 杨氏模量和弹性波速度与孔隙度、 温度呈负相关, 与饱和液体的黏滞系数、 频率呈正相关; ③ 频散效应因频率上升而增强, 因温度增高而减弱． 这一规律性的结果为地震波理论研究提供了实验基础．     

滞弹性衰减特征及其损伤的累积效应

在地铁、高速铁路等基础设施的快速发展下, 长期滞弹性微损伤累积效应应引起人们的关注, 尤其是对动载和高频效应的关注.本文在频率0.01~1000 Hz、温度-50~200℃内研究了弹性范围内的饱和砂岩、大理岩, 在强迫共振、单轴循环加载下的温度和频率的滞弹性行为的弛豫衰减峰.结果显示, 弹性模量和波速随温度的升高而下降, 且下降梯度比一般岩石的力学实验结果要陡; 随着频率提高, 弹性模量和波速显著增大, 频散效应会加强.该结果反映了在应力诱导下岩石内部微缺陷等微损伤之间的运动和相互作用的微观过程, 该过程会导致微结构变化, 进而引起微观的位移, 产生微损伤; 微损伤经历一段时间或很长时间的积累过程, 就可能造成疲劳损伤断裂.岩石内部微观结构的非均匀性和矿物晶粒间界等缺陷是最薄弱的部位, 在循环应力作用下再次形成新的微裂纹系统, 从而加速损伤的积累, 引起断裂.除此之外, 岩石中多种渠道的残余应力会导致疲劳损伤; 振动频率的提高, 也会加速岩石的损伤; 结合温度升高的综合效应会引起岩石内部微裂纹增长, 导致岩石微结构变化并引起微损伤, 虽然这是在屈服点以下引发的滞弹性微损伤, 但最终它们都将使岩石的品质劣化.

     

饱和砂岩滞弹性弛豫衰减机理的探索

本文采用从法国引进的Metravib热机械分析仪用正弦波加载方式,首次对四种不同孔隙度的饱和砂岩的衰减进行了实验研究,在5~400 Hz的频率,-50 ℃~100 ℃的温度范围获得衰减的热弛豫规律,由此求得它们的激活能和原子振动频率,其激活能和弛豫时间是处在原子和电子的激活能和弛豫时间之间.可见,在饱和岩石的晶粒间界缺陷处参与扩散的是原子、电子.并得出随孔隙度增大,衰减强度和激活能增大,原子的振动速率加快,弛豫时间缩短.在交变应力作用下,由多种矿物晶体胶结而成的饱和砂岩是一种多晶、多相的固体,由于内部结构复杂,损伤、缺陷广布,弛豫衰减是普遍存在的.饱和砂岩中存在的晶界、相界等许多缺陷,以及缺陷间的相互作用,比如饱和岩石中的饱和液体与岩石骨架之间的作用等等都可以产生弛豫衰减峰,弛豫过程还受晶界上原子扩散所控制.由于饱和岩石中的种种缺陷、相界等等导致上述矿物颗粒或晶界之间的多重弛豫,才使弛豫衰减峰变宽,分布宽度增大.用饱和砂岩中特有的饱和液体及砂岩内部结构的复杂性解释了饱和砂岩的衰减机理,很自然地将其宏观衰减特征与微细观结构紧紧联在一起.衰减及其机理的研究既具有科学意义,对地球物理勘探又具有实用价值.     

饱和砂岩滞弹性弛豫衰减机理的探索

本文采用从法国引进的Metravib热机械分析仪用正弦波加载方式,首次对四种不同孔隙度的饱和砂岩的衰减进行了实验研究,在5~400 Hz的频率,-50 ℃~100 ℃的温度范围获得衰减的热弛豫规律,由此求得它们的激活能和原子振动频率,其激活能和弛豫时间是处在原子和电子的激活能和弛豫时间之间.可见,在饱和岩石的晶粒间界缺陷处参与扩散的是原子、电子.并得出随孔隙度增大,衰减强度和激活能增大,原子的振动速率加快,弛豫时间缩短.在交变应力作用下,由多种矿物晶体胶结而成的饱和砂岩是一种多晶、多相的固体,由于内部结构复杂,损伤、缺陷广布,弛豫衰减是普遍存在的.饱和砂岩中存在的晶界、相界等许多缺陷,以及缺陷间的相互作用,比如饱和岩石中的饱和液体与岩石骨架之间的作用等等都可以产生弛豫衰减峰,弛豫过程还受晶界上原子扩散所控制.由于饱和岩石中的种种缺陷、相界等等导致上述矿物颗粒或晶界之间的多重弛豫,才使弛豫衰减峰变宽,分布宽度增大.用饱和砂岩中特有的饱和液体及砂岩内部结构的复杂性解释了饱和砂岩的衰减机理,很自然地将其宏观衰减特征与微细观结构紧紧联在一起.衰减及其机理的研究既具有科学意义,对地球物理勘探又具有实用价值.