某隧道工程岩体的声波测试与分析

声波测试是以声波在岩石中传播的速度、岩石对声波能量的吸收以及对声波的折射和反射等性质为基础,来评价地层,划分岩性的一种测井方法。本文简单阐述了声波波速测试现场操作方法及原理,并利用现场声波测试结果,对某工程场地岩体进行评价,为工程设计提供了必要的参数,对工程实际具有一定的参考价值。     

基于N型回弹仪的粤北丹霞组碎屑岩单轴抗压强度试验研究

以粤北丹霞盆地晚白垩世丹霞组碎屑岩为对象,采用冲击动能为2.207 J的N型回弹仪对其单轴抗压强度与回弹击数的相关关系开展研究.通过对韶关仁化丹霞山世界地质公园内晚白垩世丹霞组出露的巴寨段和锦石岩段砂岩岩体进行原位回弹测试及声波波速测试试验,并对原位测试点岩体钻孔取芯进行单轴压缩试验.由现场回弹测试、声波波速测试和室内岩石单轴压缩试验结果可知,丹霞山世界地质公园内晚白垩世丹霞组出露巴寨段和锦石岩段砂岩的回弹值与岩体强度大体呈线性相关;砂岩、砾岩及砂砾岩的回弹值与波速呈线性相关.对波速、回弹值与单轴抗压强度之间的相关关系及拟合曲线变化趋势的研究结果表明,采用回弹值预测岩体单轴抗压强度具有一定的可靠性.研究结果对快速获取丹霞山景观危岩体的强度指标提供了一定的帮助.     

不同因素作用下致密灰岩声波特性和孔压关系研究

灰岩的成岩作用复杂,常规的孔隙压力预测方法不再适用;可以利用灰岩的声波性质和孔压之间的关系来实现孔压的预测。为了探究致密灰岩声波特性和孔压之间的关系,对苏里格气田马五组灰岩岩样进行了声波特性试验,研究了孔隙度、层理、围压和轴压等不同影响因素作用下,灰岩纵横波波速随孔压的变化规律及其产生的原因。实验结果表明,灰岩的孔隙度与渗透率没有特定关系;纵横波波速与孔压的关系呈现规律性变化。当孔压较小时;纵横波波速变化较小,当孔压增大到一定程度后,纵横波波速随孔压的增大而迅速减小,这种现象可以通过有效应力来解释。随着孔隙度的增加,纵横波波速会呈现非线性减小;平行层理方向纵横波波速要大于垂直层理方向,因为平行层理方向声波阻抗小;不同围压和轴压作用下,灰岩纵横波波速随孔压的变化规律相似,并且在孔压较小时,纵横波波速相差不大,当孔压增大到一定程度后,纵横波波速之间差距变大。     

高温遇水冷却石灰岩力学与声学性质研究

以石灰岩为研究对象,对加温遇水冷却后的岩样进行轴向压缩试验和声波测试,研究不同高温遇水冷却岩样的表观形态和力学性质的变化情况,分析力学与声学性质的关系。研究结果表明:随温度升高,高温遇水冷却干燥后岩样的颜色逐渐变浅,700℃时变为灰白色;峰值强度整体上呈减小趋势;当从常温升至500℃时,峰值应变逐渐增大,弹性模量和变形模量逐渐减小;高于500℃时,随温度升高,峰值应变先减小后增大,弹性模量和变形模量先增大后减小;随温度变化,弹性模量、峰值强度与纵波声波波速、横波声波波速间均呈现出良好的相关性。     

岩体空隙率的计算方法

通过理论分析，推导出岩体弹性波波速与空隙率间关系，并对其进行统计分析，同时进行岩体空隙率计算，并与现场测试结果对照，二者吻合。     

基于超声波测试的混凝土应力与波速关系

基于超声波无损检测原理,对自然养护的C20和C30 2个强度等级的泵送混凝土立方体试块进行超声波测试.通过测试不同龄期、不同点位混凝土试块的超声波波速和工作应力,借助Origin数据处理软件对超声波波速和工作应力之间的关系进行回归分析,得出超声波波速与点位工作应力的关系曲线方程.研究结果表明:采用线性函数描述超声波波速与应力之间的关系相关度高,准确性好,可以为在役混凝土工作应力超声波检测提供参考.     

LM-BP神经网络在泥页岩地层横波波速拟合中的应用

首先依据弹性波理论对影响纵横波波速的参数进行分析,明确影响横波波速的参数主要包括密度、应力载荷及应变量。根据分析结果,分别测试不同岩性、饱和状态、围压及轴压条件下的岩石纵横波波速。最后以实验结果为最初样本,通过训练LM-BP神经网络,对横波波速实验结果进行拟合,拟合平均相对误差为2.22%。结果表明,岩性、含气性及应力状态是影响纵横波波速主要因素,利用LM-BP神经网络的多条件拟合横波波速具有更高的精度。     

基于声波波速测试充填体质量试验研究

通过试验分析了充填体抗压强度与声波波速之间的对应关系,在此基础上,应用线性回归数学知识建立了以充填体纵波波速为输入变量,以充填体单轴抗压强度为输出变量的数学模型,利用该模型预测充填体的抗压强度,为充填体综合质量评价提供最有力的研究依据。     

小应力扰动下岩石弹性波速变化的波形检测

弹性波速变化能够反映岩石内部结构和应力的变化,成为工程结构监测的重要基础,其关键是实现小应力扰动下的高精度检测。在室内建立一套试验测量系统,对3类岩石的6块样品进行单轴压缩试验,同步记录小应力作用下岩石的应变、声发射及超声波波形。分析岩石非均质引起的多次散射波(尾波)特性,利用尾波干涉测量实现波速变化的高精度波形检测,发展小应力扰动下岩石弹性波速变化的检测方法,并对尾波波速随应力的变化规律进行分析。结果表明:尾波干涉测量可以实现小应力扰动下的高精度动态监测,具有对岩体扰动小、灵敏度高、稳定性好、操作简单的优点;所提方法应用的条件是介质散射强度高,尾波较为发育,观测系统重复性好;尾波波速随应力的相对变化率dv/v是岩石损伤状态的一种表征,尾波波速变化具有记忆效应;与声发射相比,所提方法稳定,易识别,可用于岩心地应力测试。     

用元胞自动机模型研究二维激发介质中的行波

采用Greenberg-Hasting元胞自动机模型,在零流边界条件下计算机数值模拟研究激发介质中行波的性质.结果表明,行波波速随邻域半径增大而增大,随激发域值增大而减少.得到了系统激发条件与邻域半径、激发阈值的关系,并据此解释了行波波速随激发阈值、邻域半径的变化关系.     

利用声波速度预测地层岩石硬度的试验研究

声波速度测井是利用岩石的声学性质研究钻井地质剖面和工程质量等问题的一种测井方法。这一方法因有不受泥浆矿化度影响、适用条件较广的优点,所获取的资料真实可靠、数据量大且代表性强。在扼要叙述室内测定岩石声波速度、硬度试验方法的基础上,重点介绍了利用回归分析方法,研究声波速度与岩石硬度相关关系、地面声波速度与井下测井声波速度相关关系的数据分析处理过程,给出了获取的定性定量结论,介绍了以方便现场工程应用为目的所建立的利用测井声波速度预测地层岩石硬度的数学模型、预测剖面及其资料验证结果。结论部分阐述了对该项研究成果的应用前景。     

Effects of electric-acoustic and acoustic-electric conversions of transducers on acoustic logging signal

Based on an acoustic logging transmission network and the engineering pattern of a sliding wave in acoustic logging, analysis and calculations have been performed in a study of the effects of the electric-acoustic and acoustic-electric conversions of the transducers on the acoustic logging signal. The results show that acoustic-electric conversion through the transducer can cause not only a serious disturbance in the signal amplitude, but also an apparent transmission delay. For engineering applications, the amplitude variation and transmission delay must be accounted for in a practical analysis of the acoustic logging signal in rocks. The results also show that with enhanced understanding and proper justification, the error caused by the acoustic-electric conversion can be significantly reduced in evaluation of the cement bond quality of a cased well, and the accuracy of rock porosity calculated using the measured acoustic velocity can be increased.     

用声波速度预测岩石单轴抗压强度的试验研究

声波速度是一项较好反映地层岩石综合物理性质的声学指标,被广泛应用于石油勘探开发工程的各个专业技术领域。在扼要叙述室内测定岩石声波速度、单轴抗压强度试验方法的基础上,重点介绍了利用回归分析方法,研究声波速度与岩石单轴抗压强度相关关系、地面声波速度与井下测井声波速度相关关系的数据分析处理过程和获取的定性定量结论。在综合分析研究的基础上,介绍了以方便现场工程应用为目的所建立的利用测井声波速度预测岩石单轴抗压强度的数学模型及其预测剖面。作为一项试验研究的专题内容,在文章的结论部分阐述了对该项研究成果的应用前景。     

复杂应力状态下岩石弹性波传播特性的研究

本文以探讨地下岩体处于三向不同应力状态下其内部弹性波的传播规律为目的,研究了两种不同致密程度的岩石(沙岩、灰岩),在单轴压力和三轴不同压力下,弹性波的传播特性和波速与应力的关系。结果表明,不同应力状态下岩石的弹性波速随应力的变化阶段与应变随应力的变化阶段大致相同,可分为三个变化阶段;对于处于弹性应力状态下的岩石,应力与弹性波速的关系可用不同的依赖系数线性表示。同时,对用弹性波法确定岩体地应力及水平构造应力进行了探讨。     

川东北地区碳酸盐岩储层孔隙度预测方法研究

许多研究都已经证实在碳酸盐岩储层中孔隙结构对声波速度影响很大,因此在孔隙度反演时必须考虑孔隙结构的影响。通过对Gassmann方程的合理简化并引入Eshelby-Walsh干燥岩石椭球包体近似公式;导出了计算岩石孔隙结构参数的公式,并统计分析出岩石孔隙结构与其它弹性参数间的变化规律。利用这种统计规律推出了考虑碳酸盐岩孔隙结构孔隙度计算公式。由于该式计算孔隙度时考虑了纵波速度、横波速度、密度、岩石孔隙结构参数的影响,使求取孔隙度更加合理。最后测井数据试算结果与川东北地区应用实例都证实利用该方法预测碳酸盐岩孔隙度精度高于常规方法。     

破裂岩石力学性态的模拟研究

本文根据三轴压缩模拟试验结果,探讨了围压对破裂状态岩石的残余强度和弹模的影响,岩石处于完整状态与破裂状态时的粘结力和内摩擦角、岩石在不同破裂状态下的弹模变化情况,并提出了一种与模型材料相似的天然岩石处于破裂状态时的力学模型。     

砂岩单轴循环加卸载过程中声发射信号特征与时空演化规律

为深入研究循环荷载作用下岩石内部微裂纹萌生、发展及贯通的时空演化规律,以砂岩为研究对象,开展了砂岩在单轴循环加卸载下的声发射试验。结果表明:借助不同方向的波速测试,可获得声波在岩石中的传播速度,为声发射定位提供合理的波速参数;通过合理布置传感器的位置,可准确定位破裂面的空间位置;加卸载过程中声发射事件数和能量呈现台阶状上升,表明声发射具有记忆效应;通过声发射事件空间定位与破坏岩样的对比,验证了两者的位置基本一致,表明声发射可有效获得岩石内部微裂纹发展的全过程。     

各向异性岩体破坏过程声发射测量及其定位实验研究

应用改进后的声发射设备,实验测量了花岗岩试样在单轴压缩加载条件下变形破坏过程中声发射现象;讨论分析了该试样损伤破坏过程中的诱发微裂纹相互作用、积累等.同时采用对速度结构依赖较少的相对定位方法,对非均质岩石试验中的声发射事件进行了定位研究.结果表明,相对定位方法可用于复杂试样和工程岩体的声发射事件定位,其可靠性及精度比以往有所提高,能够初步定量分析岩石在外载荷作用下的破坏过程的定位问题,对于工程岩体破坏问题分析具有很好的借鉴意义.     

岩石压人硬度与声发射参数关系的研究

为了查明岩石压入硬度与声发射参数如累计信号数、总能量、峰值RMS(信号均方根值)、积分RMS等之间的关系,在9种不同的岩石中进行了压入试验。结果表明:岩石压入硬度与声发射信号的积分RMS有最好的相关关系。有可能利用积分RMS这一参数来估价岩石压入硬度,并进一步预报岩石可钻性。