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基于声弹性理论的超声地应力测量方法试验研究

专 业: 工程力学
关键词: 深部采矿 岩石力学 声弹理论 小波变换
分类号: TD311  TD853.392
形 态: 共 118 页 约 77,290 个字 约 3.697 M内容
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内容摘要


本文运用理论分析、试验测试、现场资料采集、数据分析与解释、数值模拟等手段,得到岩体中应力状态与岩体各物理量之间的定量表达式,以达到采用地球物理方法与其它地应力测量方法相结合对深部岩体地应力场分布及变化规律进行精细探测,为深部高应力场成因及状态研究提供参考依据的目的。

主要内容及成果包括:1对当前深部地应力测量现状进行了分析总结:

目前在对深部地应力测量中,主要仍采用在浅部普遍采用的应力解除法和水压致裂法等“点”测量方法。

但它们都缺少深部测量的实践,用于深部地应力测量还需要解决一些技术难点和主要问题。

2为了了解深部大范围地应力场分布规律,除了继续完善“点”测量方法外,本文提出重点研究在浅部没有得到成功应用而被弃之一边的超声波等地球物理方法,用于测定大范围岩体内的应力状态。

3结合岩石介质概述了非线性连续介质力学中的一些基本概念和公式,然后再简单介绍施加在弹性介质上的有限静应力或静应变使小幅度声波速度改变的声弹性理论,给出了均匀各向同性固体介质中应力诱导的超声波速各向异性公式。

4模拟实测地应力环境,对取自深部地层的不同岩性岩样在不同加载条件下进行了室内超声试验,并根据实验结果对超声波在岩体中传播特征与应力诱导岩体各向异性对声波传播的影响进行了分析;

5在分析小波变换数学基本原理的基础上,针对离散小波变换的多分辨率分解和分层的重构信号与原始信号之间的基本关系,建立岩石介质中声波信号小波时频特征分析的基本研究方法,并采用小波变换后的实测超声信号对纵、横波起振点进行了识别。

通过变换后的信号与初始信号起振点的识别相比较,说明了小波变换在岩石介质超声信号分析中的作用。

6基于上述各部分结论,提出了一种地应力测量的新方法:

基于声弹理论的超声测量方法。

在室内地应力实验台上采用该方法对岩石介质试块进行了超声应力测量,根据实际施加应力值与计算所得应力值的对比结果,验证了该方法的准确性..……

全文目录


文摘
英文文摘
1绪论
1.1深部地应力测量研究现状
1.1.1国内外深部工程与研究现状
1.1.2地应力测量理论及方法
1.2.2岩石声学研究存在问题
1.3研究内容及技术路线
1.3.1研究内容
1.3.2技术路线
2岩石介质非线性声学基础与声弹性理论
2.1非线性连续介质力学基础
2.1.1物体的构型和坐标系
2.1.2物体的运动和变形
2.1.3质量守恒
2.1.4应力与应力张量
2.1.5固体非线性弹性动力学方程
2.2声弹性理论
2.2.1受预应力作用物体中的波动
2.2.2声弹性方程
2.3各向同性固体中的声弹性
2.3.1各向同性固体中的声弹性方程
2.3.2岩石三阶弹性常数的测定
2.4小结
3岩石介质室内超声试验研究
3.1取样矿区地质构造及取样地点地应力实测结果
3.1.1地层岩性
3.1.2地质构造
3.1.3取样钻孔实测地应力结果
3.2不同加载条件下岩石介质超声试验研究
3.2.1单轴加载条件下岩石介质超声试验
3.2.2三轴加载条件下岩石介质超声试验
3.3岩石介质固有各向异性物理模拟超声试验
3.3.1节理岩体物理模拟
3.4小结
4岩石介质超声信号小波时频特征分析
4.1小波变换分析理论基础
4.1.1小波理论及其时频局部化特征
4.1.2小波变换
4.1.3多分辨率分析和小波变换的快速算法
4.2岩石介质超声信号小波时频分析
4.2.1岩石介质超声信号小波分析原理
4.2.2岩石介质超声信号的获取
4.2.3岩石介质超声信号小波时频特征
4.3岩石介质超声信号最佳小波基的确定
4.3.1小波基的探寻方法
4.3.2常用的小波基及其性质
4.3.3岩石介质超声信号最佳小波基的确定
4.4小结
5岩石介质超声应力精细测量方法
5.1超声测量岩石应力计算原理
5.1.1运动方程
5.1.2几何关系
5.1.3本构关系
5.1.4由波动方程求解
5.2声弹性理论岩石介质应力超声测量试验
5.2.1岩石介质应力超声测量方法
5.2.2现场应力条件的模拟及试块的制备
5.2.3室内加载装置及超声测量系统
5.3岩石介质应力超声测量试验及结果分析
5.4小结
结论
参考文献
附录

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中图分类: > TD311 > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山压力与支护 > 矿山压力理论 > 原岩应力
其他分类: > TD853.392 > 工业技术 > 矿业工程 > 矿山开采 > 金属矿开采 > 地下开采

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