浅谈岩石在单轴受荷条件下的超声波特性研究

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1、成都理工大学硕士学位论文岩石在单轴受荷条件下的超声波特性研究姓名：翟小洁申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：傅荣华20080601摘要岩石在单轴受荷条件下的超声波特性研究作者简介：翟小洁，女，1982年5月生，师从成都理工大学傅荣华教授，2008年06月毕业于成都理工大学岩土工程专业，获得工学硕士学位。岩体介质超声波测试技术是近三十多年发展起来的一种新技术，它通过测定超声波穿透岩体后声波信号的声学参数的变化，间接地了解岩石或岩体的物理力学特性、结构构造特征及应力状态，已得到国内外岩土工程界的广泛重视。2003年，笔者的导师傅荣华和刘维国等在进行‘油气藏’岩石的力学性质实验时，观察超

2、声波的横波速度值与岩石裂纹加速发展具有同步减小的现象，这种现象在超声波纵波中没有出现，在其他弹性波作用下，也不十分明显。于是提出了进行岩石扩容现象和超声波横波特性等参数相互关系研究的新思路。因此，本文主要是利用岩石对超声波的横波十分敏感的这种特性，比较岩石变形过程中的超声波纵、横波参数的不同变化特征，从而对岩石的弹性极限以及应力应变特征的研究提供了更多的参考意义。本文主要通过对玄武岩、灰岩、石英砂岩以及砂岩等在单轴加载过程中进行超声波测试，研究几种岩石在单轴加载条件下超声波的传播特性，实验通过对岩石超声波参数以及实验产物的分析，研究几种岩石的弹性特征、非均质性、各向异性等性质。研究结果表

3、明：第一，岩石的纵波速度随密度和压力增大均增大；横波速度在玄武岩、石英砂岩、砂岩中随密度增加而增大；在灰岩中出现例外：随压力的变化也与纵波不同，呈现先增后减的现象。这是由于低压时纵横比小的孔隙易于闭合，当大量的孔隙闭合时，岩石表现出接近于岩石样品本身固有的弹性性质；随着压力增加，闭合的孔隙重新张开并扩展。这对超声横波的传播影响较大。第二，玄武岩、石英砂岩以及砂岩纵波和横波初至波的波峰、波谷随压力增大而增大；灰岩中纵横波的波峰是随压力的增加而增大，波谷随压力增加则呈现减小的趋势。这主要是由于，在受荷条件下，岩石的孔隙度降低，岩石内大部分裂纹闭合，并且矿物颗粒边界接触紧密，在裂纹表面和颗粒边

4、界的能量损失减少；超声波通过灰岩出现不同于其他三种岩石的现象，这与灰岩在加压的过程中发生碎裂有关。成都理工大学硕士学位论文第三，超声波在砂岩不同的层理面方向传播时，纵、横波的速度和衰减发生了不同的变化。垂直砂岩层理面方向的速度小于平行砂岩层理面方向的速度；横波在垂直岩层层面方向的衰减大于平行岩层层面方向的衰减，纵波在垂直岩层层面方向的衰减小于平行岩层层面方向的衰减。横波速度小于纵波速度，横波衰减大于纵波衰减。这表明：即使是同一种岩石都可能存在明显的各向异性，说明岩石中的各向异性是普遍存在的。同时，衰减各向异性系数大于速度各向异性系数，说明衰减比速度对岩石的各向异性更为敏感。通过本文对岩石

5、单轴加载条件下超声波的特性研究，为岩石或岩体的物理力学特性及结构特征的研究提供更多的依据。并为岩体扩容、岩体稳定性、岩体加固质量检测以及地震预报等方面提供了参考依据和实验基础。关键词：超声波试验岩石扩容波速衰减各向异性IIAbstractTheExperimentalResearchofUltrasonieCharacterizationf；DrRockunderUniaxialLoadIntroductionoftheauthor：Zhaixiaojie，触1ale，wasbominMay，l982whosetutor吼sProfessorFuron曲ua．HeFaduated行omC

6、hengduUniVers埘ofTechnologyingeotectlIlicalengineeringm勾orandⅥ佩sgramedtheMasterDegreeinJune．2008．UltrasonicteStingtechniqueinrockmassmedi啪isanewtechniquewhichhaSbeendeVelopedduringnearthir够yeafS．nrealizedphysicalandmeehamcscharacters，structurealldstressstateofrockmassbytestingthechangeofacousticsp

7、猢etersofsoundwaVesigIlalaRerpenetratingrockmaSs，WhichgotrecognitioniIldomestica11doVerseasgeotecⅢcalengineeringfields．In2003，my硼[orprofessorFuRon曲uaand“uW己iguoObseⅣedmeultrasollicS-waVeVeloci够beginstodecreasewiththeexp