子波穿过岩体结构面的波形变化规律及其应用研究

摘要

由于在不同时期和规模的构造运动中被改造及再改造,岩体中形成了尺度不一的结构面。岩体中不同尺度的结构面力学性质有所差异,导致了它的简化模型也不一样。不同尺度的结构面对应力波的传播有不同的影响,应力波在实际岩体中传播时,子波波形的变化可以直接反应结构面的力学特性,因此掌握子波在节理中的传播规律,对波场正演和反演具有重要意义。
　　本文首先建立薄黏弹性节理、厚黏弹性节理和含软弱夹层的层状岩体三种不同节理岩体模型,用Ricker子波作为入射波,斜入射三种不同类型的节理岩体模型,得到子波穿过模型后的透射波。通过用波形相关系数及波形变化系数对入射波和透射波的波形变化进行量化,研究了节理的厚度、黏性系数、刚度,软弱夹层的厚度、弹性模量及子波的入射角、峰值频率对透射波波形变化的影响规律,得到如下几点结论:
　　(1)子波在黏弹性节理中传播时,子波波形的变化和黏弹性节理的动态特性参数及子波的入射角和峰值频率有关。表现为节理的黏性系数越大,刚度越小,节理厚度越大,波形变化越大。子波峰值频率的增加,波形变化越大。而在薄黏弹性节理模型中,子波入射角增加波形变化减小;在厚黏弹性节理模型中,子波入射角增加波形变化越大。通过对比,认为当节理的厚度h<0.1m时,采用薄黏弹性节理模型进行计算,当节理厚度h>0.1m时,采用厚黏弹性节理模型进行计算。
　　(2)子波在含有软弱夹层的层状岩体模型中传播时,当两侧岩体的弹性模量相同时,软弱夹层的弹性模量越小,波形变化越大;软弱夹层的厚度越大,波形变化越大;子波的入射角越大,波形变化越大。
　　(3)将德兴铜矿现场试验数据,运用子波在厚黏弹性节理模型中的传播得到透反射系数,再由试验透射侧波的波形计算得到计算入射侧的波形,用实际入射侧波形和计算入射侧波形进行比较,计算得到黏弹性节理的弹性模量,结果合理。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容

第二章 子波穿过薄黏弹性节理的波形变化规律

2.1 谐波在薄黏弹性节理的传播模型

2.2 谐波在薄黏弹性节理的透、反射规律

2.3 子波在薄黏弹性节理的波形变化规律

2.4 本章小结

第三章 子波穿过厚黏弹性节理的波形变化规律

3.1 谐波在厚黏弹性节理的传播模型

3.2 P波和SV波在厚黏弹性节理的透反射规律

3.3 子波在厚黏弹性节理的波形变化规律

3.4 本章小结

第四章 子波穿过软弱夹层的波形变化规律

4.1 谐波在软弱夹层的二重透射传播模型

4.2 入射波对透反射系数的影响规律

4.3 子波穿过软弱夹层的波形变化规律

4.4 本章小结

第五章 子波在岩体节理传播规律的应用

5.1 两种黏弹性节理理论模型比较

5.2 厚黏弹性节理的力学参数测试

5.3 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果