靜應力對巖石波動參數的影響研究現狀及新問題的思考

昌曉旭，金解放，程 昀，何 聰，袁 偉

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

礦業縱橫

靜應力對巖石波動參數的影響研究現狀及新問題的思考

昌曉旭，金解放，程 昀，何 聰，袁 偉

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西 贛州 341000)

各類工程巖體中普遍存在靜應力，靜應力對巖體材料特性的影響極其重要且不可忽略。通過對現有文獻進行系統梳理與歸納總結發現靜應力對巖石縱波波速有影響且縱波波速與密度有關系，但當前研究存在兩個問題： 沒有進一步分析靜應力對巖石波阻抗的影響； 靜應力主要是等值靜應力。而工程巖體中的靜應力多為梯度應力，梯度應力的存在導致巖體波阻抗呈梯度形式變化，因此針對深部工程巖體爆破開挖及地震波傳播等，有必要開展具有梯度應力巖石中應力波傳播衰減規律的相關研究。

靜應力；波速；密度；波阻抗；梯度

各類巖體工程中普遍存在靜應力，例如自重應力和構造應力，其所處的位置越深，所處的靜應力狀態越復雜[1-2]。復雜應力狀態對工程巖體的力學特性有較大的影響[3-4]。眾多研究表明，靜應力對工程巖體材料特性的影響是極其重要且不可忽略的，是分析工程巖體破壞和穩定性的重要因素。在采礦領域，應力的存在就會表現出以沖擊礦壓、礦震為代表的災害事故。為了研究這些事故的發生機理，盡量減少帶來的損失，很多學者做出相應的研究[5-6]。在油田開發領域，儲層具有滲透率應力敏感性，鉆井取心過程中，應力狀態由原始地應力狀態變為井筒中泥漿的靜水壓力狀態，使承載骨架顆粒與孔喉結構間的原始關系發生變化，這將直接影響油井的產能[7-8]。在水利水電工程領域，工程中面臨的高地應力引起的結構安全、大變形等問題是近些年來水利工程領域巖石力學研究的熱點和難點[9-10]。鄔愛清等[11]總結了前人的研究成果，提出了如何考慮圍巖變形破壞過程中巖體力學參數的變化過程，以及如何反映巖體的彈脆塑性力學行為的硬巖本構模型特別是峰值后應力下降段的力學行為等問題。在隧道工程建設領域，由于施工開挖引起的應力重分布超過圍巖強度或引起圍巖側向變形較大致使巖體失穩[12]。賈劍青等[13]研究了復雜條件下隧道支護結構穩定性，結果表明二次襯砌能夠及時調動圍巖的自承能力，在一定程度上起到安全儲備的作用，增加了結構的穩定性。這些研究成果為相應的巖體工程設計、施工及維護提供了理論依據。

由波動理論等可知，聲波在巖石(體)介質中的傳播波速、能量衰減以及頻譜信息的變化，能反映介質的物理力學特性。因此聲波測試技術在巖石(體)彈性參數測定、工程巖體無損檢測、巖體穩定性評價及圍巖地應力測量方面有較廣泛的應用[14-16]。基于此，針對不同類型的巖體工程和不同類型的巖石，研究波速和巖石(體)所處的應力關系一直是巖石力學研究的熱點問題。學者們[17-34]分別研究了砂巖、花崗巖、煤巖及其巖性的應力與波速的關系。范新等[35]研究了初始應力對應力波傳播及塊體運動規律的影響，得到了初始應力對質點運動狀態和應力波傳播過程中衰減特性的影響。金解放等[36]考慮了軸向靜載荷的存在對入射波及巖石動態力學特性的影響。陶明[37]分析了高應力巖體的動態加卸荷擾動特征與動力學機理，闡述了初始應力對巖石中彈性波傳播的影響。基于聲波波速和介質密度大小都同時反映介質孔隙率大小的特性，部分學者通過理論和試驗研究了介質波速和密度的關系。

1 巖石波速與應力關系

眾多學者對巖石的波動參數與靜應力的關系做了大量研究，在實驗的基礎上得到了許多經驗公式和模型。對于不同巖性的巖石或者同種巖石的不同狀態下，巖石的應力狀態不同，波動參數的變化也會不同。本文選取了花崗巖、灰巖、片麻巖等6種具有代表性的巖石，總結了前人得出應力對波速的影響研究成果。

1.1 花崗巖波速與應力關系

Brich[17-18]早在20世紀60年代就研究了花崗巖縱波波速隨靜水壓力的變化(0～1.05GPa)，研究表明巖石縱波波速隨壓力逐漸增大，當壓力超過一定值以后，增大趨勢減小，最終趨于平穩。Nur和Engelder等[19-20]通過研究發現，單軸加載時應力可以引起花崗巖中彈性波速的各向異性，沿受力方向壓縮波傳播速度最快，剪切波則沿各個方向都不相同，波速隨應力的增加而增加，并且在平行于應力的方向要比垂直于應力的方向增加的程度要大。

蔡忠理等[21]在20世紀80年代對巖石應力應變過程中的聲學特性進行了研究，基于自制的信號自動采集與處理系統，研究了花崗巖在單軸壓縮過程中各種聲學參數的變化規律及其與應力的關系。文獻[21]針對新鮮的花崗巖和強風化花崗巖，通過試驗擬合分別得出其縱波波速與應力關系見式(1)～(2)。

(1)

(2)

式中，σu為巖樣的破壞應力，對于不同風化程度的花崗巖，σu也不同，風化程度越厲害，σu就越小，但是可以看出，兩式的形式一樣，說明不論花崗巖風化程度如何，在施加的應力達到其破壞應力之前，巖石的波速都會隨著應力的增加而變大，強風化花崗巖波速的增加幅度更大，并且強風化花崗巖的波速遠遠小于新鮮花崗巖的波速，這是因為巖石的風化程度越高，內部的孔隙就越多，初始波速就越小，在受力后，波速變化的就越快。當施加的應力超過σu時，兩種巖樣的波速都會明顯下降。

1.2 灰巖波速與應力關系

王宏圖等[22]研究了灰巖三向應力狀態下彈性波的傳播特性，巖樣取用重慶市嘉陵江微晶質灰巖，在試驗中分別進行單軸加載和三軸加載，在加載過程中獲得巖樣的變形數據和波速，根據數據擬合所得公式見式(3)。

(3)

張清林等[23]研究了灰巖在單軸加荷過程中彈性波速的變化規律，其研究表明，巖石所受荷載增大，其內部不同方向上傳播的彈性波速也隨之增大，不同方向上增大的幅度不同：在靠近壓力作用方向上，彈性波速度增加較大；在垂直于壓力作用方向上，彈性波速度增加較小。在加載后期，不同方向的波速都急劇降低。

對于灰巖，王宏圖和張清林都研究了應力對波速的影響。前者得出，灰巖應力對波速的影響與巖石的壓密極限密切相關，波速與應力基本呈線性關系；后者得出，波速隨應力先增后減，不同方向上波速隨著應力的增大幅度不同。

1.3 片麻巖、閃長巖波速與應力關系

為了研究工程開挖導致的卸荷效應，陳祥等[24]研究了巖塊在不同卸荷狀態下波速與應力的關系，以青島地區黃島地下水封油庫工程為例，對從現場取得的片麻巖和閃長巖，利用自行設計的試驗裝置進行巖石波速-應力關系試驗，獲得巖石在受荷過程中波速的變化情況，如圖1所示。

圖1 片麻巖和閃長巖巖樣波速與應力關系[24]

圖1中，兩種巖石在受壓變形過程中波速始終變化，隨著應力的增大縱波波速增大，說明應力對縱波波速有較大的影響。用冪函數和二次函數都可以較好地反映兩種巖石的波速與應力關系。冪函數曲線隨應力的增大，波速會一直變大，不會有變小的情況；二次函數曲線當應力超過一定的范圍時，波速會隨著應力的增大而減小，從實際情況來看，二次函數曲線與實際情況更吻合。

張建勇[25]研究了片麻巖在加載過程中波速變化情況，結果表明，完整巖石在單軸加載過程中，所加載荷達到其強度的60%～80%時，巖石產生裂紋，波速明顯降低。帶裂紋的巖石在加載初期波速就隨荷載的增加而降低，之后波速在小范圍內波動，直到巖石破壞。

對比兩人的研究成果，陳祥給出了片麻巖和閃長巖應力與波速關系的兩種擬合公式，張建勇進一步研究得出巖石在應力達到何種強度時，波速會降低。

1.4 砂巖波速與應力關系

Thill等[26-28]以砂巖為研究對象，從巖石中裂紋閉合的角度考慮，提出了巖石壓密階段波速隨應力呈二次函數關系。Khaksar等[29]通過研究發現干燥的含氣砂巖壓縮波與剪切波波速與圍壓近似呈冪函數關系。宋麗莉等[30]根據疏松砂巖儲層的地層應力條件建立了彈性波速測試系統，對儲層巖樣彈性波速進行了實驗，研究發現波速與砂巖孔隙度、泥質含量、應力和溫度都有關系，其中縱波波速與應力也呈冪函數關系，見式(4)。

(4)

李高勇[31]以引洮供水工程7#洞新近系砂巖為研究對象，系統研究了不同應力狀態下試樣的波速變化情況，根據應力和波速的測試結果，得到了砂巖在不同應力狀態下的應力應變特征及波速特征，進而分析了波速與應力的實時同向相關性。通過多種應力加載與波速試驗及對結果的分析，發現在各種應力狀態下，砂巖的波速對應力改變具有很好的響應。確定了砂巖波速與應力的關系為線性相關，并取得了波速與應力的擬合公式，見式(5)。

VP=33.55σ+2379.89

(5)

劉向君等[32]研究了低孔低滲砂巖的聲波傳播特性，結果表明，砂巖在三軸和單軸加載過程中聲波波速、幅度、頻譜特性都會變化，具體表現為：波速隨著應力的增大先增大后減小，在應力達到峰值強度前階段，縱波首波振幅和頻譜主振幅都表現出上升趨勢，隨著應力的進一步增大，頻譜曲線上低頻端較高頻端活躍。

1.5 煤巖波速與應力關系

鞏思園等[33-34]為了研究煤礦中沖擊礦壓現象的發生機理，利用單軸加載的方式，研究煤巖應力與縱波波速的關系，加工了多組煤巖試樣，通過實驗測出試樣的應力值與波速值，建立二者之間的耦合關系，見式(6)。

(6)

式中，φ和Ψ為擬合參數。

通過對不同煤巖試樣的試驗，發現φ由試樣開始加載時的波速值決定，為無載荷下的波速值，與應力無關，是試樣的固有屬性；Ψ與加載過程中波速上升的快慢有關，它體現波速對應力的敏感程度，Ψ值越大，波速上升就越快，反之越慢。由擬合結果可以看出，在應力作用的開始階段，煤巖試樣的縱波波速變化較大，隨著應力的不斷增加，縱波波速的上升幅度變小，并逐漸趨于水平。在應力升高到一定階段后，影響波速的因素不再隨應力的增加而變化。

1.6 巖石波速與應力相關性的機理分析

上述研究表明，應力對波速有影響，不同巖性的巖石影響不同，同種巖石不同應力下，對波速的影響效果也不同。早有研究發現波速變化的實質是巖石內部裂隙的變化[38-41]，由此可知，巖石波速隨應力的變化與兩方面因素有關。

其一，與巖石內部裂隙狀態有關。巖石內部裂隙可以是圓形、方形、橢圓形等任何形狀，可以水平分布、垂直分布、交叉分布等任何分布形式，裂隙的尺寸和開度大小也不確定，因此，不同形狀不同分布不同尺寸不同開度的裂隙在受到同樣應力的作用時，對應力的響應也不同。例如，對于開度極小的橢圓形裂隙來說，其傾角較小時，在較低的應力下就發生閉合，閉合應力隨著裂隙傾角的增加而增大，當裂隙傾角接近90°時，裂隙就難以閉合。

其二，與施加的應力大小和方向有關。對于同一塊巖石來說，其內部裂隙的閉合就只與應力有關。在初始階段，巖石中大部分裂隙在低應力下就發生閉合，波速顯著增大；隨著應力的增加，巖石在閉合舊裂隙的同時逐漸產生新裂隙，在此階段，波速基本不變；當應力更大時，產生的新裂隙數量多于閉合舊裂隙的數量，巖石發生破壞，波速迅速降低。此外，應力作用方向不同，巖石裂隙的閉合效果也不同。當應力作用方向垂直于裂隙時，裂隙在較低的應力下就能閉合，隨著應力與裂隙夾角的縮小，裂隙的閉合難度就增加，當應力方向平行于裂隙時，裂隙就很難閉合。

前人的研究成果表明巖石應力與波速關系用線性函數、冪函數和二次函數都能擬合，根據上述分析可知，應力處于不同階段，三種擬合曲線的精度不同。在初始階段，應力與波速關系用線性擬合效果更好；在穩定階段，冪函數能更好的反映應力與波速關系；在破壞階段，二次函數最能描述應力與波速關系。這也是為什么即使對于同一種巖石，卻有不同擬合關系的原因。

2 巖石密度與波速關系

從文獻發現，直接研究應力大小對巖石(體)密度影響的研究較少。但有學者研究了密度隨波速變化而變化的規律。

Gardner等[42]早在1974年就通過測試大量鹽水飽和巖石的波速和密度數據，統計結果顯示波速和密度間的關系可表示為式(7)。

(7)

式中：密度ρ，g/cm3；縱波速度VP，m/s。式(7)具有很好的適用性，至今仍在地震資料數字處理和研究中廣泛應用。

朱廣生等[43]在Gardner研究成果的基礎上，認為Gardner得到的經驗公式只適用于特定的巖層和環境下，該公式沒有對中國地層的適用性做過研究，因此，采用大慶油田聲波測井和密度測井數據，所得數據的測量井段的巖性為砂巖、泥巖、鈣質砂巖、鈣質泥巖及碳酸鹽巖，其中主要是砂巖和泥巖。此外，少數井段為含油氣地層。以此為工程背景，對數據進行統計分析得出密度和波速的關系如圖2所示。圖2中D表示巖石的密度。對圖2中曲線進行擬合，得到擬合公式，見式(8)。

(8)

對比式(7)和式(8)可以看出，兩式的形式相同，說明Gardner得到的密度與波速的關系是合理的，只有朱廣生得到的結果可能更適合中國的地層。

孟召平等[44-45]在2006年提出了對煤系沉積巖石力學參數與波速的關系進行研究，選取5個礦區的164塊巖樣進行聲波速度實驗，對大量的實驗數據進行分析整合，最終得到密度與縱波波速間的函數關系，如圖3所示。

圖2 聲波測井和密度測井得出的密度和縱波波速的關系[43]

圖3 煤系巖石的密度和縱波波速的關系[44]

由圖3看出，煤系沉積巖密度與波速的關系擬合結果為二次函數關系，這與Gardner和朱廣生研究所得冪函數關系不相同，主要是因為煤系沉積巖石巖性較為軟弱，變化較大，成分和結構復雜，以至于其密度與聲波速度的關系沒有像其巖石一樣。

李月等[46]認為許多學者在巖石聲學特性方面的研究多以單一巖石為研究對象，而地基工程中常常遇到層狀巖體問題，因此研究了地基層狀巖石波速與密度的關系。首先測出玄武巖、花崗巖和石灰巖三種巖樣的縱波波速，接著把三種巖石用502粘結劑粘接，再測試了層狀巖的縱波波速，最后分別研究了單一巖石和層狀巖的密度和縱波波速的關系，對試驗結果進行回歸分析，得到玄武巖、花崗巖、石灰巖和層狀巖的關系式分，別見式(9)～(12)。

VP1=219078ρ1-312764

(9)

VP2=216261ρ2-312016

(10)

VP3=218257ρ3-311155

(11)

VP4=2145ρ4-21486

(12)

由式(9)～(12)看出，不論是單一的巖石還是層狀巖，波速都會隨著密度的增加而變大，但是增加的幅度有所不同，玄武巖增加幅度最大，其次是石灰巖，再次是花崗巖，層狀巖最小，也就是說，玄武巖密度的變化對縱波波速的影響最大，而層狀巖最小。該擬合結果為線性關系，與冪函數和二次函數關系不同，主要是因為所取的波速值范圍不同，在巖石常見波速變化范圍內，巖石密度與波速是呈線性相關關系的。

通過上述分析，可以發現，前人通過實測數據擬合得出的巖石密度和波速關系的形式不同，即Gardner、朱廣生得出密度與波速呈冪函數關系，孟召平得出密度與波速呈二次函數關系，李月得出密度與波速呈線性函數關系，說明巖石的巖性不同，所處環境不同，密度和波速的關系可能也不同，但都能說明巖石波速與密度間具有良好的正向相關性。

綜合前面分析可知，隨著應力的增大，波速增大，密度增大，進而可得，應力增大，密度增大，即應力與密度也具有正向相關性，這也說明了為什么能用波速進行無損檢測。

3 討 論

3.1 巖石應力對波阻抗的影響

根據前文可知，不論巖石所處狀態如何，巖性是否相同，其內部應力與波速、波速與密度都有關系，雖然即使是同一種巖石，所施加的應力不同，上述關系也不盡相同，但都以三種形式存在，即線性關系、冪函數關系和二次函數關系。在地震波傳播的研究中，巖石的波阻抗ρC是密度ρ和波速C的乘積(波速C即前面提到的縱波波速VP)，由上述分析已知，應力與波速和密度都有關系，那么應力與波阻抗也必然有關系。若應力與波速為線性關系，波速與密度為冪函數關系，應力與波阻抗是何種關系；再比如應力與波速為二次函數關系，波速與密度為線性關系，應力與波阻抗關系又如何。以此類推，可知，應力與波阻抗也會存在多種關系，即應力對巖石波阻抗的影響十分復雜。

3.2 梯度應力對應力波傳播的影響

上述結果表明，靜應力對巖石的波阻抗有影響。基于應力波理論及以上分析可知，對于等波阻抗的彈性介質，應力波在其中傳播時無衰減、無頻散、無變速現象，當具有梯度應力時，梯度應力將使材料的等值波阻抗變為非等值波阻抗，應力波在變化波阻抗的材料中傳播時，在波阻抗不等的界面兩側必然會發生透反射，如此一來，應力波在傳播過程中，幅值、波形、頻率、相位等必然發生變化。那么材料具有的梯度應力對應力波傳播的影響是高頻波發生衰減，還是由于不同頻率的波在波阻抗變化處多次透反射引起的傳播速度不同。這個問題的解決有利于深入研究梯度應力對應力波傳播衰減特性的影響。

此外，目前描述應力波在介質中傳播衰減特性的參數較多，例如量化應力波幅值隨傳播距離衰減的吸收系數，量化應力波幅值隨傳播時間衰減的衰減系數、對數衰減率和品質因子等[47-52]。就品質因子而言，其定義方法又有兩大類：時域內建立和頻域內建立。這些方法各有優缺點，不同方法表征應力波傳播衰減的現象不同，應用的條件也不同，因此在研究具有梯度應力巖石中應力波傳播衰減特性時，選擇表征應力波傳播衰減的合理有效參數是另一個值得探討的問題。

4 結 語

本文論述了不同巖性的巖石中應力對波速的影響以及波速與密度關系的研究現狀，進而，討論了應力與波阻抗的關系，闡明了研究梯度應力的存在對應力波傳播影響的重要意義，得出如下結論。

1)巖石中靜應力的存在對波速有影響，巖石巖性不同，應力大小不同，波速的變化也不同。總體來說，波速隨應力的變化分為三個階段，即先增大再趨于平緩后減小。

2)巖石的密度與波速有關系，巖石的密度越大，波速越大，二者之間具有正向相關性。

3)工程圍巖體中的靜應力多為梯度應力，梯度應力的存在導致圍巖體的波阻抗也成梯度形式變化(線性梯度或非線性梯度)，針對不同巖性巖石在不同情況下波阻抗的變化規律值得進行研究。

4)與應力波在具有等值波阻抗巖石中的傳播規律研究相比，應力波在具有不同梯度應力巖石(體)中的傳播規律研究處于空白狀態，因此在工程巖體爆破開挖圍巖體穩定性分析及地震波傳播等相關領域研究急需開展相關研究，比如不同巖性巖石在不同梯度應力情況下的傳播衰減規律，以及針對不同情況選擇哪種參數量化應力波傳播衰減的時空規律等。

[1] 李新平，趙航，羅憶，等.深部裂隙巖體中彈性波傳播與衰減規律試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2015，34(11)：2319-2326.

[2] 侯明勛.深部巖體三維地應力測量新方法、新原理及其相關問題研究[J].巖石力學與工程學報，2004，23(24)：4258.

[3] 王明洋，周澤平，錢七虎.深部巖體的構造和變形與破壞問題[J].巖石力學與工程學報，2006，25(3)：448-455.

[4] 孟召平，李明生，陸鵬慶，等.深部溫度、壓力條件及其對砂巖力學性質的影響[J].巖石力學與工程學報，2006，25(6)：1177-1181.

[5] 陸菜平，竇林名，曹安業，等.深部高應力集中區域礦震活動規律研究[J].巖石力學與工程學報，2008，11：2302-2308.

[6] 鞏思園.礦震震動波波速層析成像原理及其預測煤礦沖擊危險應用實踐[D].徐州：中國礦業大學，2010.

[7] 李轉紅，任曉娟，張寧生，等.特低滲儲層應力敏感性及對油井產量的影響[J].西安石油大學學報：自然科學版，2005，20(4)：60-63.

[8] 于忠良，熊偉，高樹生，等.致密儲層應力敏感性及其對油田開發的影響[J].石油學報：2007，28(4)：95-98.

[9] 錢七虎.非線形巖石力學的新進展―深部巖體力學的若干關鍵問題[C]//第八次全國巖石力學與工程學術會議論文集.北京：科學出版社，2004：10-17.

[10] 王思敬.中國巖石力學與工程的世紀成就與歷史使命[J].巖石力學與工程學報，2003，22(6)：867-871.

[11] 鄔愛清，朱杰兵.深部巖石工程力學特性及地應力測試研究綜述[J].長江科學院院報，2014，31(10)：43-50.

[12] 邵國建，卓家壽，章青.巖體穩定性分析與評判準則研究[J].巖石力學與工程學報，2003，22(5)：691-696.

[13] 賈劍青，王宏圖，李 晶，等.復雜條件下隧道支護結構穩定性分析[J].巖土力學，2010，31(11)：3599-3603，3618.

[14] 趙明階.裂隙巖體在受荷條件下的聲學特性研究[J].巖石力學與工程學報，1999，02：120.

[15] 宋戰平，王軍祥，姜諳男，等.單軸壓縮狀態下飽水裂隙片巖超聲試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2014(12)：2377-2383.

[16] 李彪，戴峰，徐奴文，等.深埋地下廠房微震監測系統及其工程應用[J].巖石力學與工程學報，2014(S1)：3375-3383.

[17] Birch F.The velocity of compressional waves in rocks to 10 kilobars，Part 1[J].Journal of Geophysical Research，1960，65(4)：1083-1102.

[18] Birch F.The velocity of compressional waves in rocks to 10 kilobars，Part2[J].Journal of Geophysical Research，1961，66(7)：2199-2224.

[19] Nur A,Simmons G. Stress-induced velocity anisotropy in rock：An experimental study[J].Journal of Geophysical Research，1969，74(27)：6667-6674.

[20] Engelder T，Plumb R.Changes in in situ ultrasonic properties of rock on strain relaxation[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts，1984，21(2)：75-82.

[21] 蔡忠理，劉克，吳綿拔，等.單軸壓縮過程中花崗巖的聲學特性研究[J].巖土力學，1986，7(2)：27-36.

[22] 王宏圖，鮮學福.復雜應力狀態下巖石彈性波傳播特性的研究[J].重慶大學學報：自然科學版，1988(5)：52-59.

[23] 張清林，孫進忠，王海峰，等.巖石試塊單軸加荷過程中彈性波速變化規律的試驗研究[J].實驗室科學，2011(6)：100-106.

[24] 陳祥，孫進忠，譚朝爽，等.巖塊波速-應力關系及其卸荷效應[J].巖土工程學報，2010，32(5)：757-761.

[25] 張建勇.巖石加載過程中的波速及其聲發射特征研究[D].沈陽：東北大學，2008.

[26] Thill R E，Bur T R，Steckley R C.Velocity anisotropy in dry and saturated rock spheres and it elation to rock fabric[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1973，10(6)：535-557.

[27] Nur A.Effects of stress on velocity anisotropy in rocks with cracks[J].Journal of Geophysical Research，1971，76(8)：2022-2034.

[28] Su W H，Peng S S，Okubo S，et al.Development of ultrasonic methods for measuring in-situ stresses at great depth[J].Mining Science and Technology，1983，1(1)：21-42.

[29] Khaksar A，Griffiths C M，Mccann C.Compressional and shear-wave velocities as a function of confining stress in dry sandstones[J].Geophysical Prospecting，1999，47(4)：487-508.

[30] 宋麗莉，葛洪魁，王寶善.疏松砂巖彈性波速的實驗研究[J].測井技術，2004(6)：487-490，566.

[31] 李高勇.砂巖的波速與應力實時同向相關性研究[D].蘭州：蘭州大學，2012.

[32] 劉向君，劉洪，徐曉雷，等.低孔低滲砂巖加載條件下的聲波傳播特性實驗研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28(3)：560-567.

[33] 鞏思園，竇林名，徐曉菊，等.沖擊傾向煤巖縱波波速與應力關系試驗研究[J].采礦與安全工程學報，2012，29(1)：67-71.

[34] 鞏思園，竇林名，何江，等.深部沖擊傾向煤巖循環加卸載的縱波波速與應力關系試驗研究[J].巖土力學，2012，33(1)：41-47.

[35] 范新，王明洋，施存程.初始應力對應力波傳播及塊體運動規律影響研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28(S2)：3442-3446.

[36] 金解放，李夕兵，尹土兵，等.軸向沖擊下彈性桿中軸向靜載對入射波的影響[J].工程力學，2013，30(11)：21-27.

[37] 陶明.高應力巖體的動態加卸荷擾動特征與動力學機理研究[D].長沙：中南大學，2013.

[38] Anderson D L，Minster B，Cole D.The effect of oriented cracks on seismic velocities[J].Journal of Geophysical Research，1974，79(26)：4011-4015.

[39] Sayers C M.Inversion of ultrasonic wave velocity measurements to obtain the microcrack orientation distribution in rocks[J].Ultrasonic，1988，26(3)：73-77.

[40] Hu K X，Huang Y.Estimation of the elastic properties of fractureed rock mass[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1993，30(4)：381-394.

[41] Holt R T.Stress dependent wave velocities in sedimentary rock cores：Why and why not[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences and Geomechanics Abstracts，1997，34(3)：261-276.

[42] Gardner G H F，Gardner L W.Formation velocity and density-the diagnostic basics for strati graphic traps[J].Geophysics，1974，39：770-780.

[43] 朱廣生，桂志先，熊新斌，等.密度與縱橫波速度關系[J].地球物理學報，1995，38(S1)：260-264.

[44] 孟召平，張吉昌，Joachim Tiedemann.煤系巖石物理力學參數與聲波速度之間的關系[J].地球物理學報，2006，49(5)：1505-1510.

[45] 孟召平，劉常青，賀小黑，等.煤系巖石聲波速度及其影響因素實驗分析[J].采礦與安全工程學報，2008，25(4)：389-393.

[46] 李月，劉立，李玉梅，等.地基層狀巖石縱波波速與密度相關性試驗研究[J].四川建筑科學研究，2009，35(1)：125-171.

[47] 喻振華，馮德山，湯井田.地震波速與吸收系數綜合層析成像[J].地球物理學進展，2006，21(4)：1338-1341.

[48] 王觀石，李長洪，胡世麗，等.巖體中應力波幅值隨時空衰減的關系[J].巖土力學，2010，31(11)：3487-3492.

[49] Causse E，Mittet R，Ursin B.Preconditioning of full-waveform inversion in viscoacoustic media[J].Geophysics，1999，64(1)：130-145.

[50] Wang H Z，Zhang L B，Ma Z T.Seismic wave imaging in visco-acoustic media[J].Science in China，Ser A，2004，47(S1)：146-154.

[51] 王炳輝，陳國興.循環荷載下飽和南京細砂的孔壓增量模型[J].巖土工程學報，2011，33(2)：188-194.

[52] 李生杰，施行覺，葉林，等.準葛爾盆地巖石品質因子與速度分析[J].內陸地震，2001，15(3)：224-231.

Research on the effect of static stress on rock fluctuating parameters and consideration of new problems

CHANG Xiaoxu，JIN Jiefang，CHENG Yun，HE Cong，YUAN Wei

(School of Architectural and Surveying Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China)

Static stress is prevalent in all kinds of engineering rock mass, and the influence of static stress on the characteristics of rock mass is very important and can not be ignored. By combing the existing literature systematically, we found that the static stress has an effect on longitudinal wave velocity of rock and longitudinal wave velocity and density are related, but the current study there are two problems: no further analysis of the influence of static stress on the wave impedance of rock; static stress is mainly uniform static stress. But the static stress in the engineering rock mass is mostly gradient stress, the gradient stress leads to the change of the wave impedance of the rock mass in the form of gradient. In view of the blasting excavation of deep rock mass and the seismic wave propagation, the effect of gradient stress in rocks on the law of the propagation and attenuation of stress wave needs further studies.

static stress；wave velocity；density；wave impedance；gradient

2016-03-17

國家自然科學基金項目資助(編號：51104068;51664017)；江西省自然科學基金資助(編號：20151BAB206025); 江西省教育廳科技項目資助(編號：gjj14462)

昌曉旭(1992-)，男，漢，河南信陽人，碩士研究生，主要從事巖石動力學及巖體穩定性分析方面的研究，E-mail：1448993484@qq.com。

金解放(1977-)，男，博士，副教授，主要從事巖石動力學及巖體穩定性分析方面的教學和科研工作，E-mail：jjf_chang@126.com。

TD353

A

1004-4051(2016)12-0121-07