聲波巖石分級(jí)和巖石動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究?jī)?nèi)容介紹

內(nèi)容提要

本書(shū)概括為兩個(gè)方面內(nèi)容：一、介紹對(duì)中國(guó)五個(gè)省40種巖石1430個(gè)巖心試樣進(jìn)行縱波速度檢測(cè)，制

訂出“縱波速度巖石可鉆性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”的方法、步驟和成果。二、通過(guò)對(duì)中國(guó)十個(gè)省33種巖石1000個(gè)巖

心試樣的縱橫波速度和密度的檢測(cè)，進(jìn)而計(jì)算出多種動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)，并對(duì)之進(jìn)行分析研究，包括：得出

了三大類(lèi)巖石的密度和波速的關(guān)系圖和相關(guān)方程，引述了巖石的平均相對(duì)原子質(zhì)量對(duì)波速的影響；十二種

巖石的波速交會(huì)圖和波速比；分析了模量比、泊松比與波速比的關(guān)系；通過(guò)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)確認(rèn)了巖石負(fù)泊

松比的存在；根據(jù)文獻(xiàn)資料引述了裂隙密度和巖石模量的關(guān)系，以及關(guān)于巖石彈性模量的討論等。這些深

化分析頗有新意，也很適用，已顯示出利用聲波方法研究巖石破碎機(jī)理的先進(jìn)性和有待深化探索的具體內(nèi)

容。書(shū)后還附錄了部分巖心聲波檢測(cè)的原始記錄匯總表。本書(shū)可供研究巖石破碎理論和巖石聲波檢測(cè)的科

技工作者參考。

目錄

序言

前言

英文目錄

緒論

第一章 巖心聲波檢測(cè)的理論基礎(chǔ)

一、巖石的彈性性質(zhì)

（一）應(yīng)力和應(yīng)變

（二）應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系

（三）彈性理論

二、波動(dòng)方程和彈性波傳播速度

（一）幾點(diǎn)假設(shè)

（二）平衡方程

（三）彈性波傳播的速度

參考文獻(xiàn)

第二章 聲波巖石分級(jí)

一、早期巖石（體）聲波分級(jí)

二、巖心超聲檢測(cè)技術(shù)

（一）巖心聲波檢測(cè)的條件

（二）巖心聲波檢測(cè)系統(tǒng)

三、聲波巖石可鉆性分級(jí)的可行性分析

（一）聲波速度與巖性之間的關(guān)系

（二）聲波與可鉆性級(jí)別和統(tǒng)計(jì)可鉆性指標(biāo)（時(shí)效）之間的關(guān)系

四、縱波速度巖石可鉆性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制訂

（一）縱波速度檢測(cè)資料整理

（二）數(shù)理統(tǒng)計(jì)的特征值

（三）各類(lèi)巖石縱波速度數(shù)理統(tǒng)計(jì)匯總

（四）巖石縱波速度值的頻率分布

（五）縱波速度巖石可鉆性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

五、縱波分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的試行和野外巖心徑向檢測(cè)試驗(yàn)

（一）“縱波速度巖石可鉆性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”在野外試行的評(píng)述

（二）巖心徑向縱波速度檢測(cè)試驗(yàn)

參考文獻(xiàn)

第三章 巖心聲波檢測(cè)的深化

一、巖心橫波速度的檢測(cè)和應(yīng)用

（一）橫波換能器

（二）耦合材料和橫波檢測(cè)方法

（三）巖石的縱波和橫波波形

（四）巖石動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)及其內(nèi)涵的初步分析

（五）動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性的相關(guān)分析

二、巖石聲波頻譜分析

（一）巖石聲波頻譜測(cè)試分析方法

（二）頻譜分析在巖石分級(jí)中的初步應(yīng)用

（三）小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第四章 采用動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)綜合評(píng)定巖石可鉆性

一、動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性間的相關(guān)性一元回歸分析

（一）回歸分析總表

（二）微鉆頭鉆速與各項(xiàng)動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的相關(guān)性分析

（三）相關(guān)系數(shù)的分析

二、動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)與巖石可鉆性相關(guān)性的多元回歸分析

（一）關(guān)于8元回歸方程的選擇

（二）分巖石類(lèi)別進(jìn)行8元回歸分析

（三）小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第五章 關(guān)于巖石動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究

一、分析研究巖石動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的意義

二、礦物的波速、密度和彈性性質(zhì)的分析研究

（一）單質(zhì)化學(xué)元素中的波速和密度及其與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（二）礦物的密度和波速與其結(jié)晶化學(xué)特性及元素原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

（三）礦物的波速、彈性模量與密度之間的關(guān)系

三、巖石的動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的分析研究

（一）巖石的密度和波速

（二）巖石的密度和波速的關(guān)系

（三）決定波速的兩個(gè)主要因素是密度和巖石的平均相對(duì)原子質(zhì)量

（四）巖石的波速比與巖性

四、動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系與巖性

（一）動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系

（二）流體飽和度對(duì)沉積巖各項(xiàng)動(dòng)態(tài)模量的影響

（三）巖石的波速比與泊松比和模量比的關(guān)系

（四）巖石的波速比與裂隙密度的關(guān)系

（五）巖石的負(fù)值泊松比

（六）關(guān)于負(fù)泊松比的討論

五、關(guān)于巖石彈性模量的討論和動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)的應(yīng)用

（一）巖石動(dòng)、靜彈性模量的比較

（二）從巖石壓縮變形，看動(dòng)、靜彈性模量的實(shí)質(zhì)

（三）利用動(dòng)楊氏模量與抗壓強(qiáng)度相聯(lián)系進(jìn)行巖石分類(lèi)

（四）利用波速與抗壓強(qiáng)度相聯(lián)系分析巖性

（五）用動(dòng)泊松比粗略估計(jì)真實(shí)原地應(yīng)力

六、結(jié)語(yǔ)

參考文獻(xiàn)

后記

附錄

附表1陜西省巖心聲波檢測(cè)記錄及力學(xué)參數(shù)匯總表

附表2湖南省巖心聲波檢測(cè)記錄及力學(xué)參數(shù)匯總表

英文簡(jiǎn)介

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在一定的技術(shù)工藝條件下， 巖石按被鉆頭破碎的難易程度的分級(jí)。根據(jù)鉆進(jìn)方法的不同，巖石可鉆性分別有巖心鉆探的巖石可鉆性、 手動(dòng)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的巖石可鉆性、螺旋鉆進(jìn)的巖石可鉆性、鋼絲繩沖擊鉆進(jìn)的巖石可鉆性、 沖擊振動(dòng)鉆進(jìn)的巖石可鉆性和石油鉆井的巖石可鉆性等。 中國(guó)冶金工程鉆探采用巖心鉆探的巖石可鉆性。巖心鉆探的巖石可鉆性分為12級(jí)。表1為1958年中國(guó)地質(zhì)部頒布的《巖石十二級(jí)分級(jí)表》，此表是以對(duì)于在規(guī)定的設(shè)備、 工具和技術(shù)規(guī)程的條件下進(jìn)行實(shí)際鉆進(jìn)所獲得的大量資料的統(tǒng)計(jì)分析為定級(jí)基礎(chǔ)的。隨著對(duì)巖石物理力學(xué)性質(zhì)的深入研究、測(cè)試技術(shù)方法和儀器的進(jìn)步、鉆探設(shè)備和工藝技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)金剛石鉆探工藝應(yīng)用的需要， 并使巖石可鉆性分級(jí)更趨科學(xué)、 準(zhǔn)確、 合理， 1984年中國(guó)地質(zhì)礦產(chǎn)部頒布了《金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級(jí)表》。該分級(jí)表采用了以巖石壓入硬度為主，同時(shí)考慮擺球回彈次數(shù)、塑性系數(shù)、微鉆速度和聲波穿透速度等的綜合分級(jí)法，將巖石仍分為12級(jí)，列為以壓入硬度、擺球硬度和統(tǒng)計(jì)效率為指標(biāo)的 （表2）、以微鉆速度為指標(biāo)的 （表3）和以聲波穿透速度為指標(biāo)的分級(jí)表。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)互相參照， 使巖石可鉆性定級(jí)更符合實(shí)際情況。

表1 巖石十二級(jí)分級(jí)表

表2 金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級(jí)表 （壓入硬度和擺球硬度）

表3 金剛石巖心鉆探巖石可鉆性分級(jí)表 （微鉆鉆速）

注： 表2和表3中“代表性巖石”一欄略。

為使用方便，常把1～3級(jí)稱為“軟巖石”；4～6級(jí)稱為“中硬巖石”；7～9級(jí)稱為“硬巖石”；10～12級(jí)稱為 “堅(jiān)硬巖石”。

從史萊涅爾和巴隆對(duì)一系列巖石磨蝕性測(cè)定的結(jié)果，可得出下述巖石結(jié)構(gòu)組成對(duì)鋼質(zhì)材料磨蝕性的一般關(guān)系。

• 巖石具有硬的礦物組成時(shí)，磨蝕性增大。

• 對(duì)于巖漿巖和礦物而言，磨蝕系數(shù)ω大體上與其組成的礦物微痕硬度成正比例。

• 由軟硬不同的幾種礦物組成的巖石，其磨蝕性比單一礦物組成的巖石為大。

• 結(jié)晶體的礦物比其非晶態(tài)的磨蝕性為大。

• 沉積巖的磨蝕性系數(shù)幾乎和它的石英含量成正比例。按照史氏觀點(diǎn)，對(duì)于砂巖來(lái)說(shuō)，巖石的磨蝕性和其侵入硬度成反比。巖石的侵入硬度反映了巖石的堅(jiān)固性，而不是巖石的顆粒硬度。但據(jù)另外一些研究者的意見(jiàn)，含石英量相等的巖石，堅(jiān)固的磨蝕性要大。而含石英多的砂巖，堅(jiān)固性可能小于含石英多的。

無(wú)論是砂巖或巖漿巖，顆粒越細(xì)磨蝕性越弱。這是因?yàn)榧?xì)粒構(gòu)造的巖石表面較平整，接觸點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力較小。同時(shí)，物體的赫芝硬度隨著壓頭的曲率半徑減小將直線地增大。因此其磨蝕性也就削弱了。

砂巖的顆粒大小及其膠結(jié)物的強(qiáng)度對(duì)其磨蝕性影響很大，對(duì)于鋼制工具來(lái)說(shuō)，巖石顆粒由石英或長(zhǎng)石組成，對(duì)磨蝕性的影響退居第二位。常常是花崗砂巖或長(zhǎng)石砂巖，只要其粒度及侵入硬度跟石英砂巖相當(dāng)，其磨蝕性也就差不多。但是對(duì)硬質(zhì)合金的磨蝕，石英顆粒和長(zhǎng)石顆粒大概是會(huì)不一樣的。

巖石的磨蝕性，在很大程度上還取決于摩擦面的粗糙程度。如在正長(zhǎng)石、石英和黃玉的晶面（或解理面）上摩擦，巴氏磨蝕性指標(biāo)a值各為27.3、21.3和19.0，即反比例于硬度；而在其自然斷口上摩擦，相當(dāng)?shù)腶值卻各為31.1、35.4和46.2，即說(shuō)明只有在粗糙面上的磨蝕性才和硬度成正比。據(jù)此，巴氏采取了自然斷口作為測(cè)定其磨蝕性的標(biāo)準(zhǔn)條件。

從以上介紹可知，對(duì)于沉積巖，影響其磨蝕性的因素莫過(guò)于石英的含量、顆粒大小以及巖石的堅(jiān)固性了。 2100433B