应力～应变过程中海底沉积物微结构变化对其声速的影响.pdfVIP

维普资讯 第 24卷 第 3期 海 洋 学 报 Vo124．No 3 2002—05 ACTA 0CEAN0L0GICA SIN ICA M ay．2002 应力 ～应变过程 中海底沉积物微结构 变化对其声速的影响 李赶先 ，卢 博 ，黄韶健 ，刘叔灼 (1 中国科学院 南海海洋研究所边缘海地质和古环境开放实验 室，广东 广州 510301；2．华南理 工大学 建工 系．广东 广州 510641) 摘要：阐述 了对海底沉积袖样 品在应力 应变过程 中进行同步声学测量的实验工具 及方法，分析 了采 自南海 45个站位 的海底沉积物样 品的实验数据资料，结果表 明，沉 积物颗粒越粗、孔 越小、无 限抗压 强度越大，声速越高．沉积物样 品在受力应夏 过程 中，声速具有 明显 的随应力而变化 的特征 ．进一步探讨 了不 同应变阶段沉积物 的声学特征 及应力所导致沉积物微结构 变化 对其声速 的影响过程 ，这一研 究将在 石油地质测井卸海底工程基底稳定性评价等方面具有重要应用意义 关键词 ：海痣沉积鳓 ；应力 应受 ；截 结构特征 ；声速 ；抗压强度 中图分类号 ：P73621 文献标识码：A 文章编号 ：0253—4193(2002)oo一0075 06 1 引言 海底沉积物声速是海底声学 、海底工程学以及海洋石油地质和海洋声场研究等领域所需 的重要基础参数．前人为提出准确预估海底声速的方法，进行 了不断的实验研究，得出了相当 有益 的结果 1-51．近年来，越来越 多的学者注意到 ，除影响海底沉积物声速 的重要 因子——孔 隙度之外，尚有一些其他因素存在，诸如沉积物孔 隙形状和结构特征 、沉积物颗粒接触的力学 耦合状态及无侧限抗压强度等 为进一步研究沉积物微结构特 征与其声速变化 的关系， 我们进行了应力 应变过程中海底沉积物 同步声学测量试验，以探讨应力作用下不 同应变阶 段沉积物 内部微结构变化对其声速的影响过程 ． 2 样 品采集和实验方法 本文所用 的受控应力 一应变过程是在不加 围压 、不排水状态下无侧 限压缩实验 ，附加 的声 收稿 日期 ：20l【0 09 28；修订 日期 ：2001～06—15 基叠项 目：国家 自然科学基金资助项 目i中国科学院南海海洋研究听边缘海地 质和古环境开放实验室 资助 项 日 怍著饰升 ：车赶先 (1963一)，男，山东省昌邑县 』、，工程师．硕士，从事海洋沉积声学研究 维普资讯 76 海洋学报 第 24卷 学换能器在受压的沉积物两端，附以声波仪和计算机组成应力 一应变 ／声速测量系统 计算机 用于数据处理和频谱分析 ． 海底沉积物样品有 22个采 自南海大陆架和 23个采 自南海大陆坡 沉积物类型包括粉砂 质黏土、黏土质粉砂、粉砂质砂和砂质粉砂等类型． 柱状样品自海上取回实验室，须保持垂直并密封，以防样品扰动和水分蒸发流失．样品经 切割后，取其中心部分做本项实验，其余部分用作粒度、含水量和湿密度等项参数的分析测量 ． 样 品处理和测量按 国家标准 《土工实验方法 标准 GBJ138—88)要求进行 试 样直径为 3．8 cm，高度与直径之 比为 2．0～2．5 每个样品的测量在 1On1in之 内完成，计算出应力 一应变过 程 中各次数据测量的沉积物声速(声波仪测量精度小于或等于 ±0．5％)．并绘 出应力 一应变过 程 中的声速 曲线和应力 一应变 曲线，按 国家标准给定的方法计算出试样的无侧限抗压强度 ． 3 数据和结果 表 1列出了南海海底 3种典型沉积物的各种物理力学和声学参数平均值，沉积物类型包 括粉砂质黏土、黏土质粉砂和粉砂质砂 ．这 3种沉积物类型是分布在南海海底