Page 138 - 《应用声学》2022年第3期

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土工程围岩稳定性分析以及实际物探测试中超声
3 结论
波入射频率的选择提供参考。然而当前工作仍有不
本文通过 3 种砂岩岩样，开展了 5 种不同入射 足，主要是缺乏对纵波在砂岩介质中的作用机理进
频率的超声波纵波实验，分析了入射频率及砂岩孔 行深入探究，这将是后期的工作重点。
隙率对纵波波速、幅值衰减系数、主频幅值与波形
能量等测量结果的影响，得到以下结论：
参 考 文 献
(1) 入射频率从 50 kHz 增大到 200 kHz 时，红
砂岩和灰砂岩的纵波均速的增长率分别为1.15%和 [1] 赵明阶, 吴德伦. 工程岩体的超声波分类及强度预测 [J]. 岩石
2.98%，入射频率从200 kHz增大到 1000 kHz 时，两 力学与工程学报, 2000, 19(1): 89–92.
Zhao Mingjie, Wu Delun. The ultrasonic identification
种砂岩的纵波均速基本不变；入射频率从 50 kHz 增
of rock mass classification and rock mass strength predic-
大到 500 kHz 时，褐砂岩纵波均速增长率为 3.68%， tion[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineer-
入射频率从 500 kHz 增大到 1000 kHz 时，褐砂岩的 ing, 2000, 19(1): 89–92.
[2] 刘向君, 刘洪, 徐晓雷, 等. 低孔低渗砂岩加载条件下的声
纵波均速基本不变；入射频率在50 ∼ 200 kHz 时，3
波传播特性实验研究 [J]. 岩石力学与工程学报, 2009, 28(3):
种砂岩波能均值和主频幅值随入射频率降幅较大， 560–567.
呈指数关系下降，在 200 ∼ 1000 kHz 时，岩样整体 Liu Xiangjun, Liu Hong, Xu Xiaolei, et al. Experimen-
tal research on acoustic wave propagation characteristic
的波能均值和主频幅值表现为缓慢降低或基本不
of low porosity and permeability sandstone under load-
变；不能把砂岩当作完全弹性体讨论，弹性波传播理 ing conditions[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and
论不能直接用于砂岩超声波实验的分析。 Engineering, 2009, 28(3): 560–567.
(2) 孔隙率对砂岩的纵波波速有一定影响，波 [3] 胡明明, 周辉, 张勇慧, 等. 单轴加载过程中砂岩声学特性研
究 [J]. 岩土力学, 2018, 39(12): 4468–4474.
速随孔隙率降低，且岩样的孔隙率越大，波速下降 Hu Mingming, Zhou Hui, Zhang Yonghui, et al. Analy-
速率越大，但在不同种类砂岩、密度相差不大的情 sis of acoustic property of sandstone under uniaxial load-
况下，波速与砂岩孔隙率的内在联系不具备普适性； ing[J]. Chinese Journal of Rock and Soil Mechanics, 2018,
39(12): 4468–4474.
孔隙率与幅值衰减系数在入射频率为200 kHz时有 [4] 廉玉广, 马志超, 李江华, 等. 岩石单轴加载破坏全过程波速
较好的相关性，幅值衰减系数随孔隙率呈幂函数关 变化特征研究 [J]. 煤炭科学技术, 2019, 47(8): 64–69.
系增长趋势，而其他频率下的测试结果较为离散；基 Lian Yuguang, Ma Zhichao, Li Jianghua, et al. Study on
variation characteristics of wave velocity in whole process
于 3 种砂岩，建立了入射频率和幅值衰减系数的回 ofrock uniaxial loading failure[J]. Coal Science and Tech-
归方程。 nology, 2019, 47(8): 64–69.
(3) 根据相关性分析，各声学参数与孔隙率的 [5] 陈旭, 俞缙, 李宏, 等. 不同岩性及含水率的岩石声波传播规
律试验研究 [J]. 岩土力学, 2013, 34(9): 2527–2533.
关系，在不同入射频率下其相关性表现出差异性。 Chen Xu, Yu Jin, Li Hong, et al. Experimental study of
其中砂岩孔隙率与波形能量的相关性较好，入射频 propagation characteristics of acoustic wave in rocks with
率在 1000 kHz时，相关性为 0.865；孔隙率与幅值衰 different lithologies and water contents[J]. Chinese Jour-
nal of Rock and Soil Mechanics, 2013, 34(9): 2527–2533.
减系数在入射频率为 200 kHz 时，相关性为 0.713。
[6] 未晛, 王尚旭, 赵建国, 等. 致密砂岩纵、横波速度影响因素的
入射频率在 50 ∼ 200 kHz 时，获得的声学参数 (纵 实验研究 [J]. 石油物探, 2015, 54(1): 9–16.
波波速、波形能量、幅值衰减系数) 随入射频率不同 Wei Xian, Wang Shangxu, Zhao Jianguo, et al. Lab-
oratory investigation of influence factors on V p and
变化幅度较大，而入射频率在 200 ∼ 1000 kHz 时，
V s in tight sandstone[J]. Geophysical Prospecting for
变化幅度较小。在探究砂岩超声波声学特性的研究 Petroleum, 2015, 54(1): 9–16.
中，建立了基于 200 kHz 入射频率下，砂岩孔隙率 [7] 王云刚, 李满贵, 陈兵兵, 等. 干燥及饱和含水煤样超声波特
征的实验研究 [J]. 煤炭学报, 2015, 40(10): 2445–2450.
与波形能量的回归方程，建议采用 200 kHz 作为入
Wang Yungang, Li Mangui, Chen Bingbing, et al. Ex-
射频率进行测试，可较好兼顾检测的灵敏度和探测 perimental study on ultrasonic wave characteristics of
距离。 coal samples under dry and water saturated conditions[J].
Journal of China Coal Society, 2015, 40(10): 2445–2450.
本文研究成果为建立声学参数与砂岩抗压强
[8] 徐晓炼, 张茹, 戴峰, 等. 煤岩特性对超声波速影响的试验研
度之间的内在联系提供了更多的数据支撑，并为岩 究 [J]. 煤炭学报, 2015, 40(4): 793–800.