层状煤岩弹性波传播衰减特性试验研究

基于弹性波传播理论的微地震技术被用于煤矿水力压裂破裂监测、动力灾害预警等。煤系地层是典型的层状介质,弹性波在层状煤岩中传播受到介质不均匀性和层面反射、折射的影响,其传播规律和衰减特性研究仍需完善。利用脉冲发生器产生稳定的震源激励,通过DS2系列全信息声发射信号分析仪对弹性波在层状煤岩、纯煤、纯砂岩中传播的衰减特性进行了试验研究。结果表明:相同试验条件下,组合煤岩体中弹性波传播的幅值衰减随着传播距离、震源激励频率(FREQ)的增加而减小。层状煤岩中,弹性波传播的幅值衰减先快后慢,煤层中的衰减梯度较岩层大,呈现出阶段性的衰减特征;弹性波信号的质心频率发生频移,峰值频率出现分级现象。煤层与岩层联结面处介质层之间结合的紧密程度是影响弹性波衰减的主要因素,紧密程度越高则幅值衰减越小;煤层硬度越高弹性波信号的初始幅值越大,低频率范围内(FREQ≤4 MHz)层状软煤层中弹性波幅值较层状硬煤层衰减快;层状煤岩中震源激励频率与弹性波传播距离呈负相关依赖,近距离范围内的低频信号的传播距离较高频远,幅值衰减梯度大。层状煤岩中弹性波幅值衰减梯度随品质因子增大逐渐减小,品质因子由小到大依次为软煤、硬煤、砂岩。研究成果可为微地震拾震器布置方法的优化提供理论基础。

考虑阻尼的无限长小垂度缆索弹性波的传播

缆索结构被广泛应用于电气、土木、海洋和航空工程等领域,随着缆索在工程中的应用长度越来越长,高阶振动越来越明显,研究时应该考虑扰动沿着缆索的传播.现有对缆索弹性波传播的研究中,通常不考虑阻尼项,然而阻尼对于波的传播有着重要影响.文章考虑阻尼的影响,发展了包含阻尼项的三维弹性缆索运动方程.通过求解上述含阻尼项的运动方程,分别考察了面内面外弹性波的频率关系、相速度和群速度等自由传播特性,进而通过计算无限长弹性缆索在初始余弦型脉冲作用下的位移响应,分析扰动沿着该缆索的传播规律,考察波的色散现象以及阻尼对于缆索弹性波传播的影响.结果表明,考虑阻尼后,面内波和面外波均为色散波,面内波在曲率的作用下,为高度色散波.此外,在阻尼的影响下,波的峰值在传播过程不断减小,且波的后缘端点响应总是高于前缘端点响应.

基于SH波的埋地管道泄漏监测方法

埋地管道在服役过程中受到工作载荷波动、周围环境变化等复杂因素的影响,易发生泄漏等事故,建立一种泄漏定量在线监测技术是提升埋地管道运行安全性的有效手段。为此探索了黏性媒质对矩形横截面杆中SH波传播的影响规律,研究了SH波衰减与粘滞系数和波导杆结构的相互影响规律。研究发现粘滞系数和波导杆表面积分别与SH波衰减呈现单调对应关系,推导了波导杆中的SH波衰减粘滞阻尼方程,设计了一种基于SH波衰减的埋地管道泄漏在线监测湿度传感器,建立了基于SH波的埋地管道泄漏监测方法。搭建试验台,开展SH波湿度传感器监测埋地管道泄漏可行性试验。试验发现,当湿度传感器选定并且埋入深度固定时,SH波衰减公式可以定量地表征土壤的湿度,根据SH波衰减公式测量土壤湿度相对误差不大于8%,即基于湿度传感器建立的埋地管道泄漏监测方法能定量地判断管道泄漏情况。

狭缝空腔间粘弹性体中弹性波传播特性的研究

利用笛卡尔坐标下的Kelvin-Voigt线性粘弹性模型,研究了无限长粘弹性狭缝通道中波的传播和衰减。利用自适应绕数求根方法,针对具有狭缝形空腔周期性分布覆盖层的吸声问题,求得频散方程的根,并且得到无限长狭缝空腔中相速度频散曲线和衰减曲线。分析了各阶模式对无限长粘弹性狭缝结构中波传播的相速度和衰减的影响。通过引入复粘弹性模量,粘弹性波动方程具有弹性波动方程相对应的形式,计算中可用复值粘弹性模量代替相应的弹性模量。粘弹性狭缝结构中所有波传播模式均存在衰减,高阶波在某个频率以下衰减非常大,而在该频率以上逐渐减小;最低阶模式的相速度与材料无损耗的情况非常接近。粘弹性狭缝结构中波传播的衰减特性不仅与狭缝的结构参数有关,还与粘弹性材料本身的复弹性模量有关。

节理面透射模型及其隔振性能研究

振动波入射到节理界面上,与软弱断层一样会产生波场的分解,能够起到隔振作用。根据线性变形节理的透反射规律研究发现,隔振后各点的波场可由透射P波与透射S波叠加而成,其能量分配服从Zoeppritz方程,不连续位移造成了透射波的衰减;法向刚度增加透射纵波系数会增加,而切向刚度与透射纵波无关,法向与切向刚度对透射S波均有影响,刚度增加透射S波振幅逐渐降低,逐步逼近于0;由于透射后波场相互干涉,不同波场延时不同,透射合成波与入射波相比,振幅降低,持续时间增加,波形尾段有畸变;总能量系数与节理面的刚度无关,而随入射角增加不断降低。

Spectra地震频谱能量吸收分析技术在乌审召地区天然气勘探中的应用

为了确定岩体内部的孔隙及流体性质，运用地震衰减分析来区分地震信号谱与振幅特征的变化，分析在包含孔隙和裂隙的复杂环境下岩石属性特征和波的传播特征，乌审召地区主要目标层为上古生界二叠系石盒子组盒8段储层．该目标砂岩发育，但储层横向变化快，通过对乌审召实际地震资料处理结果表明，在频率域吸收衰减异常与岩石中含气有关，通过方法实践，采用该地震分析方法计算的衰减模式与高产区的关系比较确定，能够帮助确定新的潜在区域和勘探目标。

声学与海洋

在各种辐射形式中,声波在海水中的传播为最佳,在混浊和含盐的海水中,无论光波或电磁波的衰减都远较声波的衰减为大。 海洋及其边界的详细特征对声传播的影响是非常复杂的,声速是温度、深度和盐度的函数,而温度又是深度、季节、地理位置(纬度)和气候条件的函数。

不同渗透性饱和土中三类体波的传播性质研究与参数分析

饱和土动力问题中,渗透系数决定了流-固耦合作用的强弱,是影响饱和土中体波传播特性的重要参数.针对渗透系数为有限值、零及无穷大3种情况,基于Zienkiewicz提出的u-w-p模型,推导获得了P1,P2和S波的波动方程及相应的名义波速.在此基础上,得到势函数表示的三类体波的波动方程的解,并结合解中各项的物理意义,给出了饱和土中波的实际传播波速及衰减系数.最后,逐一讨论了渗透系数、荷载频率、孔隙率和固相可压缩性系数对波速及其衰减特性的影响.