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第1章 绪论1

1.1引言1

1.2国内外研究现状4

1.2.1节理非线性变形特性及本构模型4

1.2.2节理、裂隙及孔隙等岩体缺陷对应力波传播的影响6

1.2.3含缺陷岩石的声波测试及信号分析12

1.3本书主要内容14

第2章 纵波法向穿越弹性非线性变形单节理时的传播特性17

2.1岩体节理法向单调加载变形本构模型18

2.1.1以往模型简述及其数学缺陷分析19

2.1.2统一指数模型概述22

2.2岩石节理法向变形本构关系的改进23

2.2.1新模型的建立23

2.2.2新模型数学性质分析26

2.2.3试验数据模拟27

2.3岩体节理法向循环加载本构模型30

2.3.1以往模型简述30

2.3.2统一节理法向循环加载本构模型31

2.3.3模型验证与分析33

2.3.4试验结果拟合34

2.4改进的节理弹性非线性模型及动态推广34

2.5改进模型的节理透射、反射系数近似解析解37

2.5.1线性位移不连续模型透射、反射系数解析解37

2.5.2线性位移不连续模型理论解37

2.5.3改进模型节理透射、反射系数近似解析解39

2.5.4近似解析计算及参数研究42

2.6半数值半解析计算45

2.6.1一维波动方程特征线法与位移不连续模型45

2.6.2透射波、反射波质点速度数值差分格式47

2.6.3线性位移不连续模型计算50

2.6.4非线性位移不连续模型计算及参数研究51

2.6.5半数值解与近似解析解误差分析57

2.6.6半数值解与UDEC模拟结果对比分析60

第3章 纵波法向穿越弹性非线性变形平行多节理的传播特性64

3.1半数值半解析计算方法65

3.2计算分析68

3.2.1线性位移不连续模型计算分析68

3.2.2非线性位移不连续模型计算71

3.3不同脉冲传过大间距多节理时的透射特性85

3.3.1节理条数对透射波形和透射系数的影响85

3.3.2节理条数对透射波能量的影响88

3.3.3节理条数对透射波频率组成的影响89

3.3.4节理条数对透射波时间延迟的影响90

3.4地震P波传过大间距多节理时的透射特性92

3.4.1地震P波数据分析92

3.4.2参数研究92

3.4.3地震P波传过单节理时的透射特性94

3.4.4地震P波传过5条节理时的透射特性94

3.4.5地震P波传过10条节理时的透射特性95

3.5尾波效应分析97

3.5.1尾波概念的提出97

3.5.2尾波效应初探98

第4章 纵波在双重非线性岩石中传过单节理时的传播规律100

4.1基于非线性波动方程及其近似位移波解的计算理论100

4.1.1理论分析100

4.1.2计算结果与分析104

4.2基于岩石本构模型及有限差分法的计算理论109

4.2.1非线性岩石模型109

4.2.2理论分析109

4.2.3参数研究和结果分析113

4.2.4线性岩石与非线性岩石中非线性节理的比较113

4.2.5节理参数对P波透射特性的影响114

4.2.6节理位置对透射系数的影响118

4.2.7岩石非线性系数对透射系数的影响118

4.2.8频谱分析119

第5章 纵波传过双重非线性成组节理时的传播规律122

5.1计算理论122

5.2计算参数127

5.2.1节理条数对透射波形的影响127

5.2.2节理间距对透射波形的影响129

5.2.3岩石非线性系数对透射波形的影响131

5.2.4节理间距对透射波能量的影响131

5.2.5透射波形整体分析135

5.2.6 P波传过9条小间距成组节理后的透射波136

第6章 缺陷岩石声学特征及其小波时频分析技术139

6.1岩芯及钻孔声波测试工作原理和特性139

6.1.1实验用探头及分析仪工作原理139

6.1.2激发信号特征141

6.1.3声波测井及换能器工作原理142

6.2缺陷岩石材料中声波信号衰减机理143

6.2.1黏滞吸收机理144

6.2.2声衰减与频率的关系145

6.3缺陷岩石声波实验思想147

6.3.1实验思想147

6.3.2声波信号的提取148

6.3.3波谱分析的范围与精度149

6.4缺陷岩石声波信号处理方法149

6.4.1 Fourier谱计算149

6.4.2小波变换理论及分析方法152

6.5小波变换程序实现和激发信号的小波分析160

6.6工程应用162

6.6.1工程背景162

6.6.2测井岩体及特征164

6.6.3岩体超声波分级及波谱特征分析167

6.6.4多参数岩体超声波分级法172

6.7饱水对缺陷岩石声学特性的影响175

6.7.1岩样特征和试验方法175

6.7.2试验结果及分析178

第7章 岩芯卸荷扰动的声学反应与卸荷敏感岩体183

7.1岩芯卸荷扰动特征及其影响因素184

7.1.1岩芯卸荷扰动特征184

7.1.2岩芯卸荷扰动影响因素185

7.2岩芯声波信号的波谱及小波分析190

7.3卸荷敏感岩体的工程对策194

附录195

附录A MATLAB单节理处纵波透射的差分计算程序195

附录B MATLAB快速小波变换计算程序197

附录C基于非线性波动方程及近似位移波解的P波透射波MATLAB计算程序200

附录D基于岩石本构模型及有限差分法计算P波透射波的MATLAB计算程序203

附录E含成组节理的双重非线性岩石介质中P波传播的MATLAB计算程序212

附录F岩石声波信号小波时频分析MATLAB计算程序223

参考文献226