Акустические свойства горных пород

Лекция 8

Воздействие внешних полей на свойства горных пород

Причины изменения свойств пород под воздействием внешних факторов можно разделить на три группы:

1. изменение состава породы: заполнение пор жидкостью и газом, переход воды в лед в порах при понижении температуры;

2. изменение степени уплотнения породы: обжатие за счет смятия пор, закрытия трещин при сжимающих механических нагрузках, нагревании или охлаждении; разрыхление, раскрытие трещин за счет растягивающих механических нагрузок нагревание или охлаждении; появление дополнительной пористости, пустотности за счет растворения минералов;

3. изменение сил связей между отдельными частицами породы: понижение при их нагреве за счет приближение состояния минералов к точке плавления; при насыщении пород водой за счет проникновения жидкости между частицами породы; повышение их при нагреве за счет спекания частиц, при охлаждении за счет смерзания.

Акустические свойства горных породопределяют условия распространения в породах знакопеременных упругих колебаний и характеризуются скоростью распространения упругих волн U, акустическим сопротивлением (или акустической жесткостью) q, коэффициентом поглощения α.

Различают продольные, поперечные и поверхностные (релеевские) упругие волны.

Продольные волны - определяют распространение деформаций переменного объемного сжатия и растяжения в горной породе.

Поперечные волны – определяют распространение упругих деформаций сдвига в горных породах.

Поверхностные волны – это колебания поверхности образцов или поверхности земли.

Скорость распространения упругих волн в массиве горных пород в образце можно определить по следующим формулам:

Скорость распространения продольной волны U_р

3- 1

Скорость распространения поперечной волны U_s

3- 2

Скорость распространения поверхностной волны U_L

3- 3

Е – модуль упругости породы; G – модуль сдвига породы; ρ – плотность горной породы; n– коэффициент Пуассона.

Соотношение между скоростями продольных, поперечных и поверхностных упругих волн характеризуется неравенством

Соотношение скоростей продольных и поперечных волн выражается зависимостью

3- 5

Акустическим сопротивлением или акустической жесткостью q называется произведение плотности породы на скорость соответствующей волны (продольной или поперечной)

3- 6

Оно характеризует влияние среды на частоту колебаний в этой среде, которая в свою очередь определяется параметрами источник колебаний.

Амплитуда упругих колебаний A, характеризующая интенсивность колебаний, связана с расстоянием x пройденной этой волной в породе соотношением:

3- 7

где α – коэффициент поглощения, м^-1.

Коэффициент поглощения зависит от упругих свойств пород, коэффициента внутреннего трения, температуры породы и частоты колебаний. Для большинства пород зависимость коэффициента поглощения от частоты колебаний носит линейный характер

Пример. Скорость распространения продольной волны в образце горной породы составила 4382 м/сек, коэффициент Пуассона для этой породы равен ν = 0,35, плотность породы ρ = 2,6 г/см³. Определить модуль упругости, модуль сдвига и скорость поперечной волны.

Решение:

1. По значениям скорости продольной волны определим модуль упругости горной породы:

2. Отсюда определим модуль упругости Е

,

3. Подставим численные значения плотности, модуля упругости и скорости продольной волны

4. Определив значение модуля упругости, определим модуль сдвига

;

5. Подставим значение модуля сдвига в формулу, для определения скорости поперечной волны

=

Лекция 9 (4 часа)

Дата добавления: 2014-02-28; просмотров: 1828; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!