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多相介质弹性参数的研究及波速计算

刘旭  
【摘要】: 本文对多相介质的等效体积模量及弹性波传播速度进行了深入的研究,并在以下几方面取的了新的进展:(1) 采用新的、简单的分析方法,对Biot理论中一些物理含义理解起来不直观的弹性参数,用物理含义明确直观的基本参数表示出来。(2) 利用修正项代替修正系数,重新修正Brandt球粒模型弹性理论,导出了修正项的具体表达式。在工程中的绝大多数情况下,该结果与Biot-Geertsma理论的结果在形式及数值上几乎完全一致,从而使这两个不直接相关的经典理论较好的统一起来。(3) 在土动力学中常用的不排水条件下,分别证明了Carroll的应力-应变关系中不排水体积模量、Kuster散射波理论的体积模量与Biot-Geertsma理论是完全一致的。(4) 论证了了土动力学中串联与并联的力学模式是不排水条件下应力-应变关系的两个特例,从应力-应变关系上统一了串联与并联的力学模式,不排水条件下,应力-应变关系有一新的重要的结论是:骨架的体积应变等于总的体积应变。为实际工作中选择模式提供了理论依据。(5) 重新分析了孔隙相互孤立型土体力学模型,使该模型的应力-应变关系更加合理。(6) 提出了含水土体骨架波速的概念,用其代替干土体波速的概念,能更好地反映工程土体的性状。(7) 提出了由实测饱和土体波速计算骨架弹性参数及骨架波速的方法。认为潜水面下纵波速度能反映更多的信息,并且,横波速度与骨架的横波速度也可以由孔隙率及结构因子引起差异。(8) 根据Kuster散射波理论,计算了饱和度大于85%的准饱和土体的弹性波速,其结果与试验非常吻合;但是,通常所用的等效孔隙流体压缩系数的方法所计算的结果与实验结果差别很大,对此,笔者给予了一定的解释。(9) 通过试验运用了骨架波速和黄土加固凝聚力的概念,将饱和度的增加引起土体密度的增加对波速的影响与水破坏加固凝聚力对波速的影响区分开来;在相同的压力和饱和度(近似)条件下,采用动力作用前后分别测试弹性波速的方法,将动力荷载对加固凝聚力的破坏作用与土样自身的颗粒组分对波速的影响因素区分开来。初步研究了水及动力作用对黄土加固凝聚力的破坏及黄土波速的变化规律。


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