高水压高应力岩石声波时域传播特性试验研究

地下工程岩体普遍处于水压力和地应力环境中,水压力和地应力共同控制着岩石的物理力学特性,研究高水压和高应力对岩石声波传播的影响特性,有利于揭示深部岩体工程开挖时围岩损伤演化、动态力学响应以及水压力和地应力的反演。基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统,设置多组水压力和轴向静应力等级用于模拟地下水压力和地应力环境,对红砂岩和石灰岩进行声波传播试验。选取岩石声波首波波形,研究岩石声波波速、首波幅值和能量随水压力和轴向静应力的变化关系,构建岩石声学参数的演化经验模型。研究结果表明,当承受的轴向静应力确定时,红砂岩声波波速随水压力的增大呈先上升后下降的变化趋势,2者呈良好高斯函数关系,石灰岩声波波速随水压力的增加先快速升高后缓慢降低。当承受的水压力确定时,2种岩石声波波速随轴向静应力的增大均呈先增加后减小的变化趋势,红砂岩声波波速与轴向静应力呈高斯函数关系,且红砂岩声波波速变化显著,石灰岩变化较小。确定轴向静应力工况下,红砂岩首波幅值和能量随水压力的增加先平缓发展后快速降低,首波幅值与水压力呈指数函数的变化关系;石灰岩首波幅值和能量随水压力的增加先快速增加后平稳发展或略有降低。确定水压力工况下,红砂岩首波幅值和能量随轴向静应力的增加先升高后下降;石灰岩首波幅值和能量随轴向静应力的增大先快速上升后急剧减小。研究成果对深部高水压环境下岩体工程开挖围岩赋存状态表征、应力波传播以及邻近结构的稳定性分析提供理论基础。

环境对光合作用影响改进实验

“环境因素对光合作用强度影响”是2007年人教版高中生物必修一第五章第四节《能量之源——光和光合作用》的一个探究实验，是实验教学的一个难点。

高水压高应力岩石声波传播频域特性试验研究

深部岩体工程处于高水压高地应力环境中,其损伤演化特性受赋存环境的影响;声波广泛用于表征岩石(体)损伤累积演化程度。为研究高水压高地应力下岩石的声波传播规律和衰减机制,基于自主研发的高水压高应力岩石声波测试系统,设置6个水压力和5个轴向静应力等级,分别模拟不同的地下水压力和地应力环境,对孔隙率差别较大的红砂岩和石灰岩开展声波传播试验。确定声波首波选取方法,将首波进行傅立叶变换,分析频谱曲线的变化特性;定义频域传输系数,分析频域传输系数、质心频率和品质因子的变化规律,探索波阻抗与品质因子的关系,构建岩石频域衰减的经验模型。研究结果表明,随水压力增大,红砂岩的声波频谱面积和频域传输系数先增加后减小,频域传输系数与水压力呈高斯函数关系;而石灰岩的2个参数先整体增大后缓慢变化。随轴向静应力增大,2种岩石的频域传输系数均先增加后减小。随水压力增大,红砂岩的质心频率呈线性下降,出现“频率漂移”现象,而石灰岩的先上升后缓慢发展;随轴向静应力增大,不同岩石声波质心频率先上升后下降。2种岩石品质因子随水压力先快速增加后减小,但减小程度具有差别,红砂岩品质因子减小显著,石灰岩减小较小。2种岩石处于压密阶段时品质因子增大,达到损伤阶段时品质因子减小。研究成果为探索深部高水压环境下岩石损伤演化声学研究方法奠定了理论基础。