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震电效应在冻土动力学性质试验中的应用研究

袁蕾  
【摘要】: 冻土模型的动力学性质同超声波在冻土中的传播速度有关。实验证明,伴随声波扰动产生的局域电信号,以声波速度传播,该信号在实验室条件下是可测的。本研究在试验模型的基础上,利用对不同温度条件下震.电信号的观测,研究声波速度与温度的变化关系,以此验证了以电代声来测试冻土动力学性质的可行性。 为了满足拾取微伏级的微弱声-电信号的要求,采用了基于虚拟仪器技术的声.电信号观测系统。温度观测系统采用了多通道实时监控装置。 在含水率低于26.09%时,随含水率的增加,声波纵波速度是缓慢增大的,变化幅度很小。因此在制作冻土模型的时候,将含水率控制在23%左右,仅考虑不同的介质模型中声波波速随温度的变化趋势。设计制作冻融层可以变化的冻土模型,其底部为加热系统,上部完全冻结,周围及上端包有保温材料,在底部缓慢加热的过程中,冻融界面会发生变化,冻土内会形成一个温度场。在模型中分层埋设电极,并在其对应位置埋入热敏电阻进行温度实时监控。这样通过计算相邻电极段的电信号传播速度可以得出不同温度对应的波速。这种方法可以实现足够多的温度记录采集。该试验还可以通过改变冻土模型参数(介质成分、含水率),研究电信号同冻土其它因素的关系。 试验选用了5种模型来进行分析:纯砂模型,砂土比为1:3、1:1的混合模型,粘土模型,青藏冻土模型。为与已有理论相对比,温度取负温。研究结果表明:从波的运动学来看,随温度的升高(实验过程中温度是逐渐升高的),纯砂模型速度几乎不变,或者变化很小。在砂土混合模型中,随着含土量的增加,速度随温度改变的变化趋势是逐渐增大的。对于两种冻土模型,青藏冻土的变化趋势较粘土弱。对波的动力学特征分析中发现,随着温度的变化,波的振幅和频率均有所变化,且变化趋势较速度更为明显。随着温度的升高,波的能量逐渐降低,或者是先增大后逐渐降低,但频率始终是逐渐降低的。


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