雙重孔隙介質(zhì)中彈性波傳播的研究.pdf

1、近幾十年來，有關(guān)多孔介質(zhì)中波的傳播和相關(guān)問題的研究受到人們越來越多的關(guān)注，在工程中有著廣泛而重要的應(yīng)用。目前研究較多的是基于Biot理論的單一孔隙介質(zhì)中的波動問題，而對含裂縫的復(fù)雜多孔介質(zhì)中彈性波傳播問題的研究還很薄弱。研究證實，在這類材料中主要包含兩類孔隙，即基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙。墓質(zhì)孔除的孔隙度商，占所有孔隙的主要部分，但滲透率低;裂縫孔隙的孔隙度很低但滲透率很高，是流體流動的主要通道。本課題主要研究此類雙重孔隙介質(zhì)中彈性波的傳播特性

2、以及相關(guān)的波動問題.基于Biot理論所采用的方法和Berryman等己有的研究工作，利用位移勢函數(shù)的Helmholtz分解方法，將固體骨架位移、基質(zhì)孔隙流體位移和裂縫孔隙流體位移分別用標(biāo)蚤勢和矢t勢函數(shù)表示，進(jìn)而推導(dǎo)了雙重孔隙介質(zhì)中壓縮波和剪切波各自獨立的波動方程。詳細(xì)討論了雙重孔陳介質(zhì)中存在的三種壓縮波和一種剪切波的相速度和衰減特性，分析了裂縫滲透率和孔隙度對相速度和衰減的影響。研究發(fā)現(xiàn)，雙重孔隙介質(zhì)中存在的三種壓縮波(P-1、P-2

3、和P-3波)和一種剪切波(S波)都是頻散的和衰減的，且裂縫滲透率和孔隙度的值對波速和衰減有重要影響，在特定頻率處，P-1波和S波出現(xiàn)衰減峰值。 基于上述對雙重孔隙介質(zhì)中波動方程的討論，分析了彈性波在雙重孔隙介質(zhì)與彈性半無限體交界面的反射和透射規(guī)律。同時還分析了雙重孔隙介質(zhì)中諸如基質(zhì)孔隙度和裂縫滲透率等參數(shù)對彈性波反射和透射的影響。在垂直入射和掠入射時，彈性波在彈性半空間與雙重孔隙半空間界面的反射和透射規(guī)律與波在彈性介質(zhì)界面的反射

4、和透射情形類似。反射和透射系數(shù)的值與入射角和頻率密切相關(guān)。裂縫滲透率和孔隙度參數(shù)對反射和透射系數(shù)影響顯著。當(dāng)其他參數(shù)相同時，裂縫滲透率越大，反射P波和透射P-1, P-3波的波幅值越小，而反射S波和透射P-2波的波福值則越大:荃質(zhì)孔除度越大，反射P波和透射P-1、S波的波幅值越大，而反射S波和透射P-2, P-3波的波幅值則越小。 研究了平面波在流體飽和單一孔隙介質(zhì)與雙重孔隙介質(zhì)界面的反射和透射問題，詳細(xì)討論了邊界條件的形式，

5、并分別對開孔和閉孔邊界條件進(jìn)行了數(shù)值計算。在垂直入射和掠入射時，彈性波在雙重孔隙介質(zhì)界面的反射和透射規(guī)律同樣類似于波在彈性介質(zhì)界面的反射和透射規(guī)律。反射和透射系數(shù)的值與入射角、頻率和孔隙在交界面的閉合情況密切相關(guān)。無論是在彈性/雙重孔隙介質(zhì)界面，還是在單一孔隙介質(zhì)l雙重孔隙介質(zhì)界面，透射P-3波的波幅值遠(yuǎn)小于其他反射波和透射波的波幅值。 分析了流體飽和雙重孔隙半無限體中Raylei沙波的傳播特性，給出了雙重孔隙介質(zhì)中Raylei

6、gh波的特征方程。并分析了基質(zhì)孔隙度和裂縫滲透率對Rayleigh波速和衰減的影響。在相同頻率下，裂縫滲透率越大，Raleigh波速值越高，衰減越慢，且隨著頻率的增大，這種差別愈明顯:基質(zhì)孔隙度越高，Rayleigh波速越大，衰減也越快，且隨著頻率的增大，這種影響也更加明顯?；|(zhì)孔隙滲透率的變化對Rayleigh波傳播特性的影響甚微。雙重孔隙介質(zhì)中Rayleigh波的波速值總小于雙重孔隙介質(zhì)中P-1, s波的波速值，且總大于P-3波的波

7、速值。 探討了覆蓋于流體飽和雙重孔隙半無限體上的彈性層中Love波傳播間題，給出了Lave波的特征方程，以及Lo，波速范圍，并討論了其中參數(shù)Cs隨頻率的變化情況。彈性層厚度、裂縫滲透率和裂縫孔像度對彈性層中Love波衰減的影響較顯著，但對Love波速的影響很小。同時，分析了Love波群速度的變化規(guī)律，預(yù)測了群速度值在特定的頻率處(隨層厚度而變化)存在一個極小值。 基于Pao等討論均勻彈性介質(zhì)中球形夾雜的散射問題時所采用