非飽和多孔介質(zhì)中波的傳播.pdf

1、非飽和多孔介質(zhì)中彈性波的傳播是土木工程、石油工程、生物工程、地震學(xué)及地球物理等領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)性課題。本文基于多孔介質(zhì)的滲流理論和連續(xù)介質(zhì)理論，對非飽和多孔介質(zhì)中彈性波的傳播、反射和透射作了深入系統(tǒng)的研究。 首先對非飽和多孔介質(zhì)中波傳播理論的發(fā)展過程及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的分析，按照理論模型的不同將其分為六大類，并分別探討了各理論模型的優(yōu)點(diǎn)和不足。在此基礎(chǔ)上，本文首次提出應(yīng)考慮孔隙流體飽和狀態(tài)對多孔介質(zhì)性質(zhì)的影響，對不同飽和狀態(tài)的多

2、孔介質(zhì)應(yīng)采用不同的模型進(jìn)行研究，并可根據(jù)多孔介質(zhì)的毛細(xì)壓力曲線，將非飽和多孔介質(zhì)分成水封閉狀態(tài)、索狀飽和狀態(tài)和滴狀飽和狀態(tài)三種基本飽和狀態(tài)。 對索狀飽和多孔介質(zhì)，基于多孔介質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)理論，考慮非飽和多孔介質(zhì)中固一液．氣三相之間的慣性耦合效應(yīng)、粘性耦合效應(yīng)和毛細(xì)作用，并考慮頻率對孔隙流體粘滯系數(shù)的影響，建立了索狀飽和多孔介質(zhì)的波動(dòng)方程。求解波動(dòng)方程可知，索狀飽和多孔介質(zhì)中存在三種壓縮波和一種剪切波。文中分別研究了飽和度和頻率變化

3、對各體波波速和衰減的影響，并與已有文獻(xiàn)數(shù)值計(jì)算結(jié)果做了針對性的比較。 因?yàn)橥ㄟ^滲吸過程和驅(qū)替過程產(chǎn)生的滴狀飽和多孔介質(zhì)物理性質(zhì)差異非常大，本文針對這兩種不同情況推導(dǎo)了各自的波動(dòng)方程。求解相應(yīng)的波動(dòng)方程，得出了不同飽和度下的彌散曲線和衰減曲線。計(jì)算表明，通過不同方式產(chǎn)生的滴狀飽和多孔介質(zhì)中彈性波的性質(zhì)差異非常大。隨著飽和度的降低，進(jìn)入索狀飽和度狀態(tài)后，滲吸作用和驅(qū)替作用產(chǎn)生的非飽和多孔介質(zhì)中彈性波的性質(zhì)已基本一致。另外，兩種不同情

4、況下本文所得結(jié)果都與已有文獻(xiàn)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符較好。 由于橫觀各向同性力學(xué)模型比較符合天然土體和巖體的特性，又較完全各向異性簡單，便于在實(shí)際工程中應(yīng)用，所以本文分別分析了索狀飽和狀態(tài)、滴狀飽和狀態(tài)下橫觀各向同性非飽和多孔介質(zhì)中彈性波的性質(zhì)，并用圖表形式直觀的給出了飽和度、各向異性、傳播方向以及振動(dòng)頻率對彈衰減的影響另外，考慮天然土體和巖體在宏觀上一般呈層狀結(jié)構(gòu)，本文分別研究了索狀飽和及滴狀飽和分層介質(zhì)中彈性波的透射、反射和折射問題