岩石物理模型约束拉梅参数提取方法
岩石拉伸试验方法与分析
岩石拉伸试验方法与分析岩石拉伸试验是一种常见的实验方法，用于评估岩石的抗拉性能和断裂特征。
本文将介绍一般岩石拉伸试验的基本步骤、仪器设备以及试验结果的分析方法。
一、岩石拉伸试验的基本步骤1. 试样准备：从采集的岩石样品中制备出代表性的试样。
通常使用直径为50mm、高度为100mm的圆柱形试样或长方体试样。
试样表面应平整且无明显的裂纹和瑕疵。
2. 试验设备：岩石拉伸试验通常使用电子万能试验机。
该机器有两个可移动的夹具，一个靠近上部，一个靠近下部，用于夹持试样。
试验机通过施加垂直于试样轴向的拉力来进行测试。
3. 实施试验：将试样放置在试验机的夹具中，并确保试样处于纵向拉伸状态。
逐渐应用拉伸负载，直到试样发生破坏为止。
同时，记录应用的拉伸力和试样的延伸量。
4. 数据记录与分析：在试验过程中，需要持续记录试样的拉伸力和延伸量数据。
试验结束后，还可以使用数字图像处理软件对试样破坏前后的形貌变化进行分析。
二、岩石拉伸试验的结果分析1. 抗拉强度与应变关系：将试验过程中记录的拉伸负荷除以试样的截面积，计算得到抗拉强度。
同时，还可以通过绘制应力-应变曲线来揭示试样的力学性质。
2. 断裂特征：通过观察试样在拉伸过程中发生的裂纹产生和发展情况，可以判断岩石的断裂特征。
常见的断裂模式包括拉伸破坏、剪切破坏和剪切拉伸破坏等。
3. 剪切强度：在试验过程中，如果试样出现剪切破坏，则可以利用试验数据计算剪切强度。
剪切强度是指试样受到剪切力破坏时的抗力。
4. 计算材料参数：通过岩石拉伸试验的结果，还可以计算出其他材料参数，如杨氏模量、泊松比等。
这些参数对于岩石工程设计和岩石力学研究具有重要意义。
三、岩石拉伸试验的注意事项1. 试样的选择：为了能够准确地评估岩石的力学性能，应选择具有代表性的岩石样品进行试验。
同时，试样的大小和形状也需要符合标准要求。
2. 试验环境的控制：在进行拉伸试验时，应严格控制试验环境的温度和湿度。
特别是对于具有吸湿性的岩石来说，湿度的变化会对试验结果产生影响。
岩石力学的数值模拟(讲义)
第10章岩石力学的数值模拟随着计算机软硬件技术的迅速发展，使岩石力学有了长足的进步，特别在岩石力学的数值计算和模拟方面发展尤为迅速，使得许多岩石力学解析方法难于解决的问题得以重新认识。
正如钱学森在给中国力学学会“力学——迎接21世纪新的挑战”的一封信中对力学发展趋势总结的那样“今日力学是一门用计算机计算去回答一切宏观的实际科学技术问题，计算方法非常重要”。
岩石力学和其他力学学科一样，需要数值计算方法并推动岩石力学的发展。
岩石介质不同于金属材料，在数值计算方面具有其独特的特点[205]：（1）岩石介质是赋存于地壳中的各向异性天然介质。
（2）岩石介质被众多的节理、裂缝等弱面所切割而呈现高度的非均质性，而其物理、化学及力学性质具有随机性特点。
（3）岩石介质赋存时以受压为主，而且抗压强度远大于抗拉强度。
（4）岩石力学与工程问题在时空分布上较广，从本质上讲都是三维问题。
（5）岩石工程一般无法进行原型试验，而实验室测得的数据不能直接应用于工程设计和计算。
（6）岩石力学与工程具有数据有限问题。
数值计算方法经过几十年的发展，目前已形成许多种岩石力学计算方法，主要有有限元法、边界元法、有限差分法、离散元法、流形元法、拉格朗日元法、不连续变形法及无单元法等。
它们各有优缺点，有限元的理论基础和应用比较成熟，在金属材料和构件的计算中应用十分成功，但它是以连续介质为基础，似乎与岩体的非连续性有一定差距，流形元等数值方法虽然考虑了岩体中节理效应，但其理论基础还不完全成熟。
相信在不久的将来，肯定会出现完全适合于岩体材料和工程的数值计算方法[206~208]。
10.1 岩石力学的有限元分析[209~213]有限元法（finite element method，FEM）是岩石力学数值计算方法中最为广泛应用的一种。
自20世纪50年代发展至今，有限元已成功地求解了许多复杂的岩石力学与工程问题。
被广大岩石力学研究与工程技术人员喻为解决岩石工程问题的有效工具。
岩石的几种试验法
实验一 岩石的抗拉强度实验一、原理抗拉强度是岩石力学性质的重要指标之一。
由于岩石的抗接强度远小于其抗压强度，故在受载时，岩石往往首先发生拉伸破坏，这一点在地下工程中有着重要意义。
由于直接拉伸试验受夹持条件等限制，岩石的抗拉强度一般均由间接试验得出。
在此采用国际岩石学会实验室委员会推荐并为普遍采用的间接拉伸法（劈裂法，又舟巴西法）测定岩样的抗拉强度。
由弹性理论可以证明，圆柱或立方形试件劈裂时的抗拉强度由下式确定DtP ubt πσ2=式中：P u —试件破坏时的荷载；D —圆柱体试件的直径或立方体试件高度； t —圆柱体试件厚度或立方体试件宽度。
止式认为在试件破裂面上的应力为均匀拉应力，实际上在试件受压接触点处，压应力值大于均匀拉应力值的12倍以上，然后迅速下降，以圆柱试件为例，在距圆柱试件中心大约0.8r （半径）处，应力值变为零，然后变为拉应力，至圆板中心附近拉应力取最大值，因此做劈裂试验时常在圆柱样中心附近首先产生拉伸断裂，圆柱体试件受压直径面上的应力分布如图1－1所示。
12．试样加工设备：钻石机、切石机、磨光机、卡尺、角尺、测量平台、放大镜、金刚砂、玻璃板、烘箱、干燥器等；3．垫条：直径为1.5mm 或为2.0mm 的钢丝。
三、操作步骤 1．试样制备规格为φ5厘米或5×5厘米的岩样，每组3个，加工允许尺寸误差小于0.2mm，两端面平行度小于0.1mm，端面应垂直于试样轴线，最大偏差小于0.25度。
对于非均质粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比应满足标准试样的要求。
2．试样安装将准备好的试样连同垫条按图1－1所示的形式旋转在压力机上下压板间，然后调整压力机的横梁或活塞，使试样固定，应注意使试样上、下两垫条刚好位于包含压力机加荷板中心线的垂直面内，以避免荷载的偏心作用。
3．施加荷载以每秒3~5kg/cm2的加荷速率加压，直至试样破坏，记录最大破坏荷载，并描述试样破坏情况。
岩石力学参数测定方法的研究与应用
岩石力学参数测定方法的研究与应用岩石力学参数是评估岩石力学性质的重要指标之一，它对于岩石工程的设计和施工具有至关重要的作用。
目前，岩石力学参数测定方法不断发展和完善，包括实验室试验、数值模拟以及现场测试等不同方法，这些方法都有其独特的优势和适用范围。
实验室试验实验室试验是最常见和广泛使用的岩石力学参数测定方法，它包括了许多标准试验和非标准试验。
其中，最常见的标准试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、拉伸试验、剪切试验以及动态强度试验等。
单轴压缩试验是最简单和快速的试验之一，它可以得到岩石的抗压强度、弹性模量和泊松比等参数。
三轴压缩试验不仅可以得到压缩强度和剪切强度，还可以得到断裂面的取向和形态，这对于断裂机制的研究很有意义。
拉伸试验可以得到岩石的抗拉强度和弹性模量等参数，但是它比较复杂，需要特殊的设备和技术。
剪切试验是最能反映实际工程中的剪切破坏模式和承载力的试验之一，它可以得到剪切强度和岩石切线模量等参数。
动态强度试验是在高速冲击或爆炸荷载下进行，它能够得到岩石在动态负荷下的强度和变形性质，对于岩石爆炸冲击和地震等应变率较高的力学问题具有重要的意义。
虽然实验室试验可以得到较为精确的岩石力学参数，但是它在应用中存在一些局限性。
首先，实验室试验具有人为选择样品的局限性，无法全面反映岩石围压、自重和地下水等多种实际应力状态下的力学性质。
其次，实验室试验需要大量时间和人力物力的投入，成本较高。
此外，实验室试验不适用于大规模工程和现场建设的实时监测。
数值模拟数值模拟是一种计算机仿真技术，在模拟分析岩石力学性质和行为方面有着不可替代的优势。
数值模拟通常有两种类型：离散元模拟和有限元模拟。
离散元模拟是一种基于颗粒形态的模拟方法，在破碎、变形和力学性质等方面有独特的优势。
它可以模拟岩石颗粒之间的相互作用和失稳破裂过程，实现了对于岩石力学行为的深入了解。
有限元模拟是一种广泛应用的数值模拟方法，它可以反映岩石力学性质和岩石固体力学行为的多种模式，包括静力学、动力学、线性和非线性问题等。
岩石静态力学参数测试方法与数据处理
岩石静态力学参数测试方法与数据处理岩石是地球上常见的天然物质，研究岩石的力学参数对于地质灾害预测、工程设计以及资源勘探等领域具有重要意义。
本文将介绍岩石静态力学参数的测试方法与数据处理。
一、岩石静态力学参数的测试方法1. 岩石抗压强度测试岩石抗压强度是岩石力学参数中的关键指标之一，它反映了岩石的抗压能力。
常用的测试方法包括单轴压缩试验和直接剪切试验。
在单轴压缩试验中，需要使用压力机对岩石样品进行垂直方向的单向加载，同时测量加载过程中岩石的变形和承载能力。
通过绘制应力-应变曲线，可以得到岩石的抗压强度参数。
而直接剪切试验则是将岩石样品切割成一个矩形或圆形的平面，再对这个平面进行横向和纵向的剪切加载，通过测量剪切力和位移来推导出剪切强度。
2. 岩石弹性模量测试岩石的弹性模量是指岩石在受力下能够发生弹性变形的能力，是衡量岩石刚性的重要参数。
常用的测试方法包括弹性波速度法和恒定应力法。
在弹性波速度法中，通过在岩石样品上产生激发弹性波，测量波传播速度来计算岩石的弹性模量。
这种方法常用于实验室条件下对小尺寸岩石样品进行非破坏性测试。
而恒定应力法则是在施加一定大小的应力下，测量岩石样品的应变，通过根据背反映的力学模型计算岩石的弹性模量。
二、岩石静态力学参数的数据处理1. 数据采集与记录在进行试验时，需要对实验过程中产生的数据进行准确的记录。
这些数据包括施加的力、变形量、位移等。
可以使用计算机或数据采集系统来实现自动化的数据记录，以减少因人为操作导致的误差。
2. 数据处理与分析数据处理是在原始数据的基础上进行数据修正、提取有效信息以及统计分析的过程。
在岩石静态力学参数的数据处理中，需要对原始数据进行平滑处理、误差修正，并进行数据拟合和计算。
平滑处理是通过去除噪声和异常值，使得数据更加平滑。
常用的平滑方法有移动平均法、多项式拟合法等。
误差修正是根据实际情况对数据进行校正，主要考虑仪器误差和环境因素。
校正过程中需要参考相关的国际或行业标准。
岩石物理方程解释
其中
(7)
下标 分别代表岩石骨架，岩石（泥质非泥质混合物）和流体的弹性参数， 是关于纵横比、骨架和流体特性的函数。
然后利用Gassmann方程讨论流体松弛效应，最后得出岩石的纵横波速度
(8)
其中的体积模量和剪切模量均为由Gassmann方程求得。其实我们可以利用K-T模型讨论饱和岩石的弹性性质，但是由于K-T模型中孔隙是孤立的，所以孔隙流体仅仅是局部松弛，我们讨论的是空有效孔隙的岩石骨架，实质上等价于孔隙孤立的岩石，因此在最后讨论流体的影响时利用Gassmann方程。上述所讨论的模型需要明确与泥质和沙质有关孔隙度的纵横比，这样以便讨论泥质含量孔隙度与声波速度之间的关系。
Kuster-Toksöz模型：
几种模型的条件及对比
Voit/Reuss
HS+/HS-
Gassmann
Biot
Xu-white
K-T
直接计算结果
弹性模量
弹性模量
体积模量
声速与模量的关系
弹性模量
弹性模量
考虑因素
应力应变
孔隙流体
流体性质孔隙结构
流体性质孔隙性质
流体，声波频率矿物颗粒
原始参量
体积分数组分模量
关于Gassman方程中骨架（Matrix）模量的计算
球粒
为第 种组分的体积分数， 和 为与组分几何形状有关的函数。
Boit理论：
两个假设：1波长远大于气孔及气孔间距（低频）
2气孔间无相互作用
Biot理论考虑了多孔介质联通孔隙中流体的运动并预测接种存在的3种体波，2种膨胀波和一种剪切波，同时Boit理论指出类比致密弹性理论，流体填充多孔介质的单位体积应变势能可用一个二次方程表示，对于典型的多孔渗流系统，流体的流动并不统一，并不是完全按宏观压力梯度的方向流动。
岩石动力学参数的获取与应用
岩石动力学参数的获取与应用岩石作为地质学中重要的研究对象，在地球演化过程中发挥着至关重要的作用。
岩石动力学研究的主要内容是研究岩石在外力作用下的物理和力学性质，通过获取岩石动力学参数，来揭示地球内部的结构和过程。
本文将探讨岩石动力学参数的获取与应用，以期更深入地了解岩石的特性。
一、动态三轴实验动态三轴实验是获取岩石动力学参数的一种常见方法。
该方法通过模拟地震作用下的应力条件，对岩石样本进行加载实验，进而得到岩石的弹性模量、剪切模量和泊松比等参数。
这些参数反映了岩石在地震波传播过程中的应力-应变特性，对地震灾害和工程地震研究具有重要意义。
二、超声波测试超声波测试是另一种获取岩石动力学参数的常用手段。
该方法利用超声波在岩石中传播速度与岩石的力学性质之间的关系，通过测量超声波的传播速度来获取岩石的动力学参数。
这种非破坏性测试方法对岩石动力学性质的研究提供了便利，并广泛应用于隧道工程、岩土工程和地震预测等领域。
三、核磁共振测试核磁共振测试是一种相对较新的获取岩石动力学参数的方法。
该方法通过对岩石样本进行核磁共振实验，利用岩石内部原子核自旋的特性获取相关的物理参数，如岩石的孔隙度和渗透率等。
这些参数对于解释岩石的动态响应机制以及水、油、气等物质在岩石中的运移过程具有重要的指导意义。
四、岩石动力学参数的应用岩石动力学参数的应用涉及到广泛的领域。
在地震学中，研究岩石的弹性模量和剪切模量等参数有助于预测地震灾害发生的可能性和规模。
在岩土工程中，岩石动力学参数的获取可以帮助工程师评估岩体的稳定性和承载力，从而设计合理的工程方案。
在地下水资源开发中，通过测量岩石的孔隙度和渗透率等参数可以预测岩石中水的含量和流动性，为水资源的合理开发利用提供依据。
总之，岩石动力学参数的获取与应用在地质学和工程领域都具有重要的意义。
通过不同的测试方法，可以获取到岩石的弹性模量、剪切模量、孔隙度和渗透率等参数，从而揭示了岩石的力学性质和物理特性。
newmark 模型岩石力学参数的改进方法
newmark 模型岩石力学参数的改进方法Newmark 模型岩石力学参数的改进方法引言Newmark 模型是一种经典的岩石力学模型，用于预测地震波传播中的地表位移和加速度。
然而，由于岩石的力学行为在不同条件下会有所不同，传统的Newmark模型需要进行参数调整以提高模型预测的准确性和可靠性。
本文将介绍一些改进Newmark模型的方法。
改进方法1. 实地测试方法通过实地测试获取准确的岩石力学参数是改进Newmark模型的一种有效方法。
实地测试可以通过安装地震仪、加速度计等设备来收集地震事件的相关数据，然后根据这些数据进行参数的优化和调整。
2. 实验室测试方法实验室测试是通过对岩石样本进行受力实验来获取力学参数的方法。
常用的实验方法包括剪切试验、压缩试验和拉伸试验等。
通过实验室测试可以得到准确的岩石强度指标和应变特性，从而提高Newmark 模型的精度。
3. 数值模拟方法数值模拟方法是一种基于数学模型的手段，通过建立岩石的力学模型，并利用数值方法求解模型，得到岩石的力学参数。
常用的数值模拟方法包括有限元法、边界元法和离散元法等。
数值模拟方法可以模拟不同条件下岩石的力学行为，从而改进Newmark模型。
4. 统计分析方法统计分析方法是通过收集大量地震事件数据，并利用统计学方法对这些数据进行处理和分析，得到岩石力学参数的方法。
常用的统计分析方法包括概率密度函数、频率分布函数和周期性分析等。
通过统计分析方法可以更准确地确定Newmark模型的参数。
5. 综合方法综合方法是将上述各种方法相结合，通过多种手段获得岩石的力学参数，进而改进Newmark模型。
综合方法可以充分利用各种数据和信息，提高模型的预测能力和准确性。
结论Newmark模型是一种重要的岩石力学模型，但在实际应用中需要进行参数的调整和改进。
本文介绍了一些改进Newmark模型的方法，包括实地测试方法、实验室测试方法、数值模拟方法、统计分析方法和综合方法。
岩石力学参数测量与分析方法
岩石力学参数测量与分析方法引言岩石作为地球上最常见的固体物质之一，在地质、矿产资源开发以及工程建设中起着至关重要的作用。
了解岩石的力学性质和参数，对于地质灾害的预测和工程设计的可靠性具有重要意义。
本文将介绍一些常用的岩石力学参数测量与分析的方法，为相关领域的研究人员和工程师提供参考。
一、应力-应变曲线的测量与分析方法应力-应变曲线是描述岩石在外力作用下的变形行为的重要参数。
常用的测量方法包括压力试验、拉伸试验、剪切试验等。
其中，剪切试验是一种常用的测量岩石力学参数的方法。
在剪切试验中，通过施加一个水平剪切力和一个垂直压力，测量岩石样本在剪切力下的变形情况。
然后，根据变形和应力之间的关系，可以得到应力-应变曲线。
曲线的形状和斜率可以反映岩石的强度和变形能力。
二、弹性模量的测量与分析方法弹性模量是岩石力学中最基本的参数之一，它描述了岩石对外力作用下的弹性变形能力。
常用的测量方法包括静力弹性模量测定和动力弹性模量测定。
静力弹性模量测定方法主要是通过施加不同大小的压力或拉伸力，测量岩石样本的应力和应变关系，得到弹性模量。
而动力弹性模量测定方法主要是通过地震波传播的速度和岩石的密度来计算弹性模量。
三、抗压强度的测量与分析方法抗压强度是岩石力学中评价岩石抵抗外力压缩的能力的重要参数。
传统的抗压强度测量方法是在实验室中进行压力试验。
在压力试验中，岩石样本被垂直施加压力，然后记录岩石破裂的压力值。
除了传统方法外，近年来还出现了一些新的测量方法，如非接触式测量方法和声波测量方法。
这些方法不仅提高了测量的准确性，还能够在线实时监测岩石的抗压强度。
四、剪切强度的测量与分析方法剪切强度是岩石力学中评价岩石抵抗剪切破坏的能力的重要参数。
常用的剪切强度测量方法包括剪切试验和直剪试验。
剪切试验是一种常用的测量剪切强度的方法。
在剪切试验中，岩石样本在剪切力的作用下发生破坏，通过记录岩石破坏的剪切力值和剪切位移，可以计算剪切强度。
应用岩石物理不等式(RPI)验证各向异性岩石物理的预测和测量
应用岩石物理不等式（RPI）验证各向异性岩石物理的预测和测量ZakirHossain*,MichelleEllisRock Solid Images Inc, 2600 South Gessner Road, Houston, TX 77063, USA摘要这项研究的目的是描述各向异性岩石物理的不均匀。
各向异性岩石物理提供岩石地震各向异性和各向异性属性之间的联系。
然而，各向异性岩石物理预测和测量的局限性是不能很好地理解。
在这项研究中，我们提供了岩石物理不等式为指导检查各向异性岩石物理预测和实验室测量的有效性。
起初，我们在TI 介质模型数据中应用Rudzki 不等式；我们在各向同性介质证明了这些不等式，并加以扩展。
除此之外，我们验证了这些不等式在各向同性体中的应用，最后我们用这些不等式检查岩石物理预测和测量。
对于球形孔隙结构，各向同性自洽(SC)岩石物理属性与各向异性自洽岩石物理属性近似，不等式满足岩石物理预测孔隙度达到60％。
随着孔隙结构的复杂性增加，其中各向同性不等式与各向异性不等式近似，岩石物理不等式描述的各向异性SC 岩石物理预测的一部分对于横向各向同性介质而言是无效的。
我们发现这些无效的预测都具有较高的各向异性常数相关性。
实验室测量中，具有较低的各向异性常数（小于0.6）的各向异性速度满足这个不等式的。
然而，实测结果为粘土矿物（如伊利石和高岭石）不符合这些不等式，它具有较高的各向异性常数（0.6以上）。
我们得出结论，这些不满足各向异性岩石物理预测和测量的，应被视为各向异性介质（斜方晶系，单斜晶），它们比横向各向同性介质的各向异性常数要高。
介绍岩石物理在地球物理勘查中的作用已在过去的20年显著增加。
在这段时间很多岩石物理学理论得到发展，许多实验室进行实验来更好地了解岩石性质及其与地震和油藏特性的关系。
然而，在实际应用前检查这些理论关系的有效性是非常重要的。
以同样的方式检查测量实验室数据的有效性进一步的分析是有必要的。
现场岩石(体)力学参数快速测试方法
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
4
CT层析成像技术
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
4.1作用及原理
作用:获取两个钻孔间岩体结 构的精细图像。
基本原理:如图为声波成像模 型
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
首先得到传播路径的传播时间
1
tik V sik r ds
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
谢谢！
探头直径现场岩石体力学参数快速测试方法现场岩石体力学参数快速测试方法32跨孔测试法在岩石工程中测量某一区域岩体波速的测试方法跨孔测试法是在两个不同的钻孔中进行一钻孔中激发弹性波另一钻孔中接收弹性波根据两钻孔距离和弹性波旅行时间计算出震源与接受点之间岩体的平均波速作用
现场岩石（体）力学 参数快速测试方法
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
4.1作用及原理 给以参考模型M（r）上式变为
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
写成矩阵形式
式中= - ：真实模型和参考模 型的时间残值；
：Jacobi矩阵元素；
：真实模型和参考模型的波速 修正值
在给定模型M（r)后，求解上式得 到，被测区域岩体波速分布为
现场岩石（体）力学参数快速测试方法
松动层是确定岩石稳定性及支护 设计的重要依据,特别是在锚喷结 构支护中,要根据松动层来设计锚 固的深度。
通过研究声波在岩体中的传播特 性和分析声学参数(波速、衰减系 数、振幅、频谱等)的变化,从而 了解岩体有关物理力学参数和结 构特征,并能及时提供信息指导现 场施工。
移动探头可以获得孔壁岩体 声波速度随钻孔深度变化的 曲线
岩石单轴压缩、拉伸、巴西劈裂数值实验模拟
形成新的刚度矩阵
计算基元节点力和位移
线弹性有限元求解器
将相变基元进 行弱化处理
是
根据相变准则判 断基元是否发生 相变
否 否
加载是否 结束 是
结束
图 1、RFPA 程序流程图
3.1.3 数值实验结果和分析 图 2 是单轴拉伸应力—位移及其声发射频数数值模拟曲线， 由图可知单轴拉 [2] 伸应力—位移整个过程曲线可以分为三个阶段 ：（Ⅰ）线性变形阶段；（Ⅱ） 非线性变形阶段；（Ⅲ）裂纹迅速发展、贯通，应力急剧弱化阶段。 如图 2 模拟曲线所示，当应力小于 5MPa 时，应力—位移曲线为直线，当随 着应力的不断增加，曲线逐渐偏离线性，应力达到峰值强度后，应力突变到强度 的 1/7 左右，又逐渐平缓到达残余应力，此数值模拟基本上和论文[1]一致，证明 数值模拟的合理性。由此发现，岩石在直接拉伸过程中也具有脆性破坏和残余强 度，这一点和硬岩（例如花岗岩）单轴条件下的力学特性很吻合。
实体建模和网格划分用统计分布函数赋予每个基元刚度相变等值施加荷载产生一个新的位移和载荷形成新的刚度矩阵计算基元节点力和位移根据相变准则判断基元是否发生相变开始结束加载是否结束线弹性有限元求解器将相变基元进行弱化处理cstep7006bstep5202astep4201图3rfpa模拟单轴拉伸条件下的破坏过程最大主应力场声发射累计分布图50100150200100200300400500声发图2单轴拉伸应力位移以及声发射个数位移曲线图4单轴拉伸条件下裂纹扩展是rfpa数值模拟得到的岩石单轴拉伸条件下的破裂过程最大主应力场声发射累计分布图
2.3 程序简介
整个工作流程见下图 1，对于每个给定的位移增量，首先进行应力计算，然 后根据相变准则来检查模型中是否有相变基元，如果没有，继续加载增加一个位 移分量，进行下一步应力计算。如果有相变基元，则根据基元的应力状态进行刚 度弱化处理，然后重新进行当前步的应力计算，直至没有新的相变基元出现。重 复上面的过程， 直至达到所施加的载荷、 变形或整个介质产生宏观破裂。 在 RFPA 系统执行过程中，对每一步应力、应变计算采用全量加载，计算步之间是相互独 立的。
拉梅参数直接反演技术在碳酸盐岩缝洞型储层流体检测中的应用
收稿 日期 ：０ ０一Ｏ 一Ｏ ； ２１ ９ ２ 改回日期 ：０ ０—１ —１ 。 ２１ ２ ８
于弹性阻抗反演 的 Ｌ ＭＲ技术来求取储 层弹性 参数信 息 ， 进而指 导储层 流体 检测 。首 先 ， 过岩 石物理 和弹性 通
参 数流体敏感性分析得到流体 敏感参 数 ； 其次 ， 基于拉梅参数 弹性 阻抗 方程开展拉梅参数 的直接反 演 ， 以减少常
规 弹性 阻抗 先反演纵 、 波速度和密度再计算拉梅参数 信息所带来的 累积误差 ； 横 最后 ， 利用反 演得 到 的流体 敏感
孔 隙流体敏感 ， 对岩石基质 骨架敏感 ， 并指 出拉 梅 系数与密度 的乘 积 （ 对 流体类 型很敏感 ， ） 可
以作 为 流 体 因 子 进 行 储 层 含 油 气 性 直 接 检 测 。
Ｌ ＭＲ技术 取得 了一定 的应用 效果 ， 基 于叠 前 但 道集开展 的 Ａ Ｏ反演抗 噪能 力差 ， 过分析 先 Ｖ 通 得到纵 、 横波速度 和密度后再 间接 计算拉梅参数
加大了累积误差 ， 制 了 Ｌ 限 ＭＲ 技 术 的进 一 步 发 展 和 应用 。
作者简介 ： 宗兆云 （９ ７ ， ， １ ８ 一） 男 博士在 读 ， 现从 事地球物 理理论 与 方法研究的工作 。 基金项 目： 国家重点基础研 究发展 计划 （ ７ ） 目（０ ７ Ｂ ０ ６ ５ ９３ 项 ２０Ｃ ２９０ ）
中图分类号 ：６ １４ Ｐ ３ ．
文献标识码 ： Ａ
叠前地震资料 Ａ Ｏ信息在储层预测 和流体 Ｖ 检测 中发挥了重要作用 。近年来 ， 国内外许多专家
岩石物理模型约束拉梅参数提取方法
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1. 1
方法原理
最优 AVO 正演公式 为了解决常规 AVO 线性近似公式在近临界角 入射和反射界面两侧弹性参数差异较大时会产生较 Causse 等［12］提出了一种基于岩石物 大误差的问题， 即在一定的假设 理模型的最优 AVO 线性近似公式， 基础上选择合适的角度范围和岩石物理模型 ， 利用 精确 Zoeppritz 方程构建反射界面的反射系数矩阵， 对反射系数矩阵进行奇异值分解 （ SVD） 之后得到正 进 而 构 建 最 优 AVO 近 似 公 式。 最 优 交基函 数， AVO 近似公式的线性通式为 R （ θ ） ≈ C 1 f1 （ θ ） + C 2 f2 （ θ ） + C 3 f3 （ θ ） + … ． （ 1 ） f i（ θ ） （ i = 1 ， 2， …） 和 C i（ i = 1 ， 2， …） 分别是 式中， 最优基函数和最优系数。 根据奇异值分解运算的性质知道对于给定的反 射系数矩阵， 第一个基函数 f1 具有最大权值， 后面基 即基函数 f1 包含了相关 AVO 函数的权值依次减小， f2 包含了次主要特征， 曲线的最主要特征， 后面基函 数包含的反射特征信息依次减少， 由于奇异值的数 ， 值递减速度很快 忽略高次项基函数对近似精度影 一般取三项近似就能满足精度要求 。 响很小， 在此考虑地震记录的褶积模型引入地震子波， 最优近似取三项近似， 则 m 个偏移距的情况可以用 下式表示： d1 WF11 WF12 WF13 C 1 d WF WF22 WF23 21 2 = C2 ． （ 2） C3 d m WF m1 WF m2 WF m3
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岩石动态力学参数测试方法与数据处理
岩石动态力学参数测试方法与数据处理一、引言岩石动态力学参数测试方法与数据处理是岩石力学领域的重要研究方向。
岩石力学的研究对岩石工程、地质灾害等领域具有重要的实用价值。
本文将介绍岩石动态力学参数的测试方法以及对测试数据的处理方法。
二、岩石动态力学参数测试方法1.冲击试验法冲击试验法是常用的测试岩石动态力学参数的方法之一。
该方法通过施加冲击或冲击波加载，获得岩石的动态强度、动态模量等参数。
冲击试验法包括冲击回弹法、冲击波法等。
2.压杆试验法压杆试验法是另一种测试岩石动态力学参数的常用方法。
该方法通过施加压力加载，测量岩石的瞬态变形与应力，获得岩石的动态参数。
3.声波试验法声波试验法是一种非破坏性的测试岩石动态力学参数的方法。
该方法通过发送声波信号并测量传播速度和衰减来求解岩石的动态弹性模量、泊松比等参数。
三、数据处理方法1.统计分析方法在岩石动态力学参数测试中，通常需要对多组数据进行统计分析。
统计分析方法可以用来处理测试数据中的误差，并得到更加准确可靠的力学参数。
2.数据拟合方法数据拟合方法是一种常用的处理岩石动态力学参数测试数据的方法。
通过拟合实验数据与理论模型，可以得到最佳拟合曲线，并获得更精确的力学参数。
3.数据可视化方法数据可视化方法是将测试数据以图表的形式展示，以便更直观地理解和分析数据。
常用的数据可视化方法包括绘制曲线图、柱状图、散点图等。
四、案例分析以某次岩石动态力学参数测试为例，通过冲击试验法获得了岩石的动态模量和动态强度数据。
在数据处理过程中，首先使用统计分析方法对多组测试数据进行处理，得到平均值和标准差。
然后，使用数据拟合方法拟合实验数据与理论模型，获得了更精确的力学参数。
最后，将处理后的数据通过绘制曲线图的方式进行可视化展示。
五、结论岩石动态力学参数测试方法与数据处理是岩石力学研究的重要环节。
冲击试验法、压杆试验法和声波试验法是常用的测试方法。
在数据处理过程中，统计分析方法、数据拟合方法和数据可视化方法是常用的处理方法。
岩石力学参数及其预测模型研究
岩石力学参数及其预测模型研究岩石力学参数是研究岩石物理性质和机械行为的重要指标，对于岩石工程、地下开挖、地震灾害评价等领域具有重要的意义。
在岩石工程领域，准确预测岩石力学参数是设计和施工的关键。
本文将对岩石力学参数及其预测模型进行深入研究。
1. 岩石力学参数的定义和分类岩石力学参数是指描述岩石材料力学性质的一组参数，包括弹性模量、泊松比、抗压强度、抗拉强度等。
根据岩石的力学性质，岩石力学参数可分为弹性参数和强度参数。
弹性参数描述岩石的变形行为，强度参数描述岩石的破坏及承载能力。
2. 岩石力学参数的测试方法为了获取准确可靠的岩石力学参数，需要进行实验测试。
常用的测试方法包括岩石试件的轴向压缩试验、剪切试验、拉伸试验等。
通过这些试验可以获得岩石试件在不同应力条件下的应变和应力数据，进而计算出岩石的力学参数。
3. 岩石力学参数的预测模型基于实验测试得到的岩石力学参数数据，可以建立预测模型来预测未知条件下的岩石力学参数。
常见的预测模型包括统计回归模型和人工智能模型。
3.1 统计回归模型统计回归模型通过分析岩石的物理和力学特性，将岩石力学参数与岩石的其他特征属性建立数学关系。
常用的统计回归模型包括线性回归、非线性回归等。
这些模型可以利用已知的岩石属性数据来构建模型，然后对未知条件下的岩石进行参数预测。
3.2 人工智能模型随着人工智能技术的发展，人工智能模型在岩石力学参数预测中的应用越来越广泛。
人工智能模型可以通过学习大量的岩石力学参数数据，构建模型来预测未知条件下的岩石力学参数。
常见的人工智能模型包括神经网络、支持向量机、深度学习等。
4. 岩石力学参数预测模型的应用岩石力学参数预测模型在岩石工程领域具有广泛的应用价值。
通过准确预测岩石力学参数，可以指导岩石工程设计和施工。
例如，在隧道工程中，准确预测岩石的强度参数可以帮助工程师确定支护措施，保证施工的安全性和稳定性。
在地震灾害评价中，准确预测岩石力学参数可以帮助预测地震的破坏程度和危险性，以制定相应的防护措施。
岩土工程力学性质实验参数测定法
岩土工程力学性质实验参数测定法岩土工程力学性质实验参数测定法是岩土工程领域中一项重要的研究方法，用于确定岩土体的力学性质参数。
通过实验测试，可以获取关键的力学性质参数，如弹性模量、抗剪强度、压缩模量等，这些参数对于设计土木工程结构和评估岩土体稳定性起着至关重要的作用。
岩土工程力学性质实验参数测定法的目的是为了严谨准确地了解土体的物理和力学性质，以便工程师能够根据这些参数设计和建造稳定可靠的工程结构。
在岩土工程中，土体的力学性质参数对土体的强度、稳定性和变形特性的评估和分析非常重要。
下面介绍几种常用的岩土工程力学性质实验参数测定法：1. 可塑性指数测定法可塑性指数是土壤的塑性变形特性的度量，反映了土壤的可塑性。
通过操纵土壤样本的水分含量和塑性限值，可以根据标准试验方法计算出土壤的可塑性指数。
这可以帮助工程师评估土壤的可变性，以确保工程的稳定性和可靠性。
2. 压缩指数测定法压缩指数是土壤在重力作用下发生变形时的变形特性的度量，反映了土壤的压缩性。
通过对土壤样本进行不同压力和时间的加载实验，并记录变形量，可以计算出土壤的压缩指数。
这有助于工程师预测土壤的压缩行为，并确定合适的建筑基础设计。
3. 摩擦角测定法摩擦角是土体内部和土体与周围介质之间摩擦阻力的度量，用于评估土体的抗剪强度。
通过应用标准试验装置施加剪切力，并记录土体的变形和剪切应力，可以计算出土体的摩擦角。
这对于工程师来说是非常重要的，因为它可以帮助他们确定土体的稳定性和抗剪力。
4. 弹性模量测定法弹性模量是评估土壤和岩石的刚度和变形特性的重要参数。
根据杨氏模量的定义，可以通过在不同应力水平下对土体样本进行加载实验，并测量相应的应变和应力来计算出弹性模量。
这有助于工程师预测土体的变形行为，并设计出稳定的工程结构。
总结起来，岩土工程力学性质实验参数测定法是一项关键的研究方法，可用于确定土壤和岩石的力学性质参数。
通过对土体样本进行一系列的实验测定和分析，工程师能够评估土体的强度、稳定性和变形特性，从而确保设计和建造稳定可靠的工程结构。
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则反射系数的后验概率可以表示为 p（ r | d） ∝ K1 K2 exp [ － ( ( d － Gmn cn ) ( d － ∑ Gmn cn ) ) ∑ n =1 n =1
T 3 3
（ 2σ2 n）
]
3
∏ exp
i =1
(
－ cT i ci ． 2σ2 c （ 8）
)
在贝叶斯理论框架下， 求解后验概率最大可得 到如下目标函数：
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第 35 卷
第4 期
张世鑫， 等： 岩石物理模型约束拉梅参数提取方法
M
min（ c） = （ d － Gc） T（ d － Gc） +
cT ci ． ∑ i=1
i
（ 9）
通过求解目标函数最小值得到最优系数 。 根据 Gray 近似常规基函数权值， 可将 Gray 反射 表示为 系数线性近似公式 2 R （ θ ） = A1 sec θ + A2 + A3 sin2 θ ． 其中 1 Δλ Δρ 1 β 2 Δμ Δλ + ， － － 4 λ 2 α2 μ ρ λ 2 β 2 Δμ Δρ A2 = ，A3 = － 2 ． 2ρ α μ A1 =
［13 ］
（ 10 ）
W 为子波矩阵； F ij （ i = 1 ， 2， …， m； j = 1 ， 2， 3） 式中， 为第 i 个偏移距的第 j 个最优基函数向量； C i（ i = 1 ， 2， 3 ） 为最优系数向量； d i（ i = 1 ， 2， …， m） 为第 i 个偏 。 移距的叠前数据向量 需要注意的是在该方法中，
基于贝叶斯反演理论框架的叠前三参数反演技术得 Buland 通过贝叶斯线性反演直接提取了 到迅速发展， ［ 6 ］ 纵波速度、 横波速度和密度参数 ； Downton 等在贝 叶斯理论框架下， 详细研究了两项和三项 AVO 反演， ［ 78 ］ ； 强调不同的先验分布可约束反演结果的稳定性 Mallick 以贝叶斯理论为基础提出了基于遗传算法的 ［ 9 ］ 叠前反演方法 ； 陈建江等基于贝叶斯反演理论研 究了三参数 AVO 波形反演
[ ( ∑G
3 n=1
mn
cn － dm )
3
2
= 2σ2 n ． 2σ2 n （ 6）
]
[
∑ G mn c n )
n=1
3
T
(d
－
G mn c n ) ∑ n=1
2 c
]
假定最优系数服从零均值、 σ 方差的 Gaussian 正态分布， 先验函数可表示为 3 3 － cT － cT 1 i ci i ci p（ c） = exp = K exp ， 2∏ 3 /2 ∏ 2 2 （ 2π σ2 ） i = 1 i = 1 2 2 σc σc c （ 7）
［ 10 ］
通过最小二乘法进行迭代反 有密度项的近似公式， 演， 这种方式一般会损失密度项信息， 并无法进一步 间接得到其他对储层敏感的弹性参数信息。近年来
收稿日期： 2010－12－10
； 杨培杰等提出了非线
“973 ” 基金项目： 国家 重点基础研究发展计划项目（ 2007CB209605 ） ； 国家重大专项课题（ 2008ZX05030 －04 －001 －001 ） ； 中国石油大学优秀 博士学位论文培育资助项目（ Z10－01 ） 作者简介： 张世鑫（ 1985－ ） ， 男（ 汉族） ， 山东临朐人， 博士研究生， 主要从事地震反演、 储层预测方面的研究。
D 为地震观测数据向量； n 为观测噪声。 根据 式中， 贝叶斯公式可以得到后验概率密度的近似表达式 p（ c | D） ∝ p（ c） p（ D | c） ． （ 5） p（ c | D） 为最优系数的后验概率密度函数 ； 式中， p（ c） 为最优系数先验概率密度函数； p（ D | c） 为似 然函数。 假定地震数据 的 噪 声 服 从 零 均 值、 σn 方差的 Gaussian 正态分布， 似然函数可表示为 P （ D | c） = 1 /（ 槡 2 π σ n ） exp － K1 exp － ( d －
不同界面处的最优基函数是互不相同的 ， 由对应深 度处的岩石物理模型决定。式（ 2 ） 可简记为 d m × 1 = G m × 3 c3 × 1 ． （ 3） m 为偏移距个数； G 为正演算子矩阵； c 为最优 式中， 系数向量。 1. 2 反演目标函数 考虑地震记录的褶积模型为 D = Gc + n． （ 4）
Lame parameter extraction method with rock physics model constraint
ZHANG Shixin，YIN Xingyao，ZHANG Fanchang
（ School of Geosciences in China University of Petroleum，Qingdao 266555 ，China） Abstract ： By using optimal amplitude variation with offset（ AVO） linear approximation formula based on rock physics model， the reflection coefficient approximation formula which satisfies the accuracy in the condition of near critical angle incidence was constructed． On the assumption of seismic convolution theory，the inversion object function for the optimal coefficients was derived by the solution estimation method of Bayesian maximum posterior probability density． Lame parameters were sensitive to the underground reservoir，so the optimal coefficients were transferred into Lame parameters further，and the extraction of Lame parameters based on the soft constraint of rock physics model was realized． The model test verifies the validity of the method and high noise immunity of the extracted parameters． Finally，this method was applied to the real prestack seismic gather and the preferable results for reservoir description were gotten． This method is so robust that it can supply reliable data for the followup reserபைடு நூலகம்oir prediction and hydrocarbon identification． Key words： rock physics model； amplitude variation with offset（ AVO） ； orthogonal basis function； Lame parameter； reservoir prediction
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方法原理
最优 AVO 正演公式 为了解决常规 AVO 线性近似公式在近临界角 入射和反射界面两侧弹性参数差异较大时会产生较 Causse 等［12］提出了一种基于岩石物 大误差的问题， 即在一定的假设 理模型的最优 AVO 线性近似公式， 基础上选择合适的角度范围和岩石物理模型 ， 利用 精确 Zoeppritz 方程构建反射界面的反射系数矩阵， 对反射系数矩阵进行奇异值分解 （ SVD） 之后得到正 进 而 构 建 最 优 AVO 近 似 公 式。 最 优 交基函 数， AVO 近似公式的线性通式为 R （ θ ） ≈ C 1 f1 （ θ ） + C 2 f2 （ θ ） + C 3 f3 （ θ ） + … ． （ 1 ） f i（ θ ） （ i = 1 ， 2， …） 和 C i（ i = 1 ， 2， …） 分别是 式中， 最优基函数和最优系数。 根据奇异值分解运算的性质知道对于给定的反 射系数矩阵， 第一个基函数 f1 具有最大权值， 后面基 即基函数 f1 包含了相关 AVO 函数的权值依次减小， f2 包含了次主要特征， 曲线的最主要特征， 后面基函 数包含的反射特征信息依次减少， 由于奇异值的数 ， 值递减速度很快 忽略高次项基函数对近似精度影 一般取三项近似就能满足精度要求 。 响很小， 在此考虑地震记录的褶积模型引入地震子波， 最优近似取三项近似， 则 m 个偏移距的情况可以用 下式表示： d1 WF11 WF12 WF13 C 1 d WF WF22 WF23 21 2 = C2 ． （ 2） C3 d m WF m1 WF m2 WF m3
基于叠前地震资料的振幅随偏移距变化 （ AVO ） 反演是提取隐藏在地震资料中的储层弹性参数的重 ［ 13 ］ 。叠前 AVO 反演本身是 “病态” 要途径之一 问题，
［ 4 ］ 一般通过删除第三项来提高反演问题的稳定性 ， Smith 和 Gidlow［5］采用 Gardner 经验关系式推导了没
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