基本介紹
- 中文名：孔隙流體波
- 外文名：fluid wave in soil
- 學科：土力學
- 定義：傳播特性主要受土中孔隙流體控制
- 影響因素：體變彈性模量、土骨架及孔隙率
- 速度：常溫下約為1450m/s
簡介,有關術語,研究背景,
簡介
飽和土中有兩種壓縮波，一個僅在流體中傳播，稱為流體波，即孔隙流體波，是指壓縮波在土中傳播特性受孔隙中液體影響，同時也與孔隙率和體變彈性模量有關。一個僅在土骨架中傳播，稱為骨架波，且均為彌散和耗散波。頻率和流、固相之間的粘性耦合對波的傳播特性有很重要的影響：在高頻（低粘性耦合）時，流、固相之間將會產生相對運動，同相運動時傳播快縱波異相運動時傳播慢縱波。低頻(高粘性耦合) 時，由於流、固相之間的粘性耦合阻礙了相對運動，此時只存在一種壓縮波，波的傳播性質與在單相介質中相同。水飽和至準飽和土中，兩種壓縮波的速度和彌散性均隨含氣量的增加而降低，衰減則隨含氣量的增加而增加。
有關術語
壓縮波
壓縮波，又稱壓力波或縱波。一種質點振動方向與波傳播方向一致的彈性波。這種波可以在固體、液體或氣體中傳播，波速隨介質彈性參數和密度而改變。地震勘探中，壓縮波是首先到達的波。壓縮波也可以指在岩土材料等介質中傳播並使介質受到壓縮作用的縱波。源自空氣衝擊波，與防護工程結構遭遇時形成動荷載。
孔隙比
孔隙比是土體中的孔隙體積與其固體顆粒體積之比，是說明土體結構特徵的指標。在工程地質中，通常用孔隙比評價土的密度、計算土的壓縮係數及評價土的允許承載力。在同樣條件下，土的孔隙比越大，其地基基礎的允許承載力越小。對砂土來說，往往用砂的孔隙比（e）來決定砂的密實度；例如礫砂、粗砂、中砂，其孔隙比密實的e<0.60，中密的0.60≤e≤0.75，稍密的0.75<e≤0.85，鬆散的e>0.85；細砂、粉砂密實的e<0.70，中密的0.70≤e≤0.85，稍密的0.85<e≤0.95，鬆散的e>0.95；砂的密實度決定了砂的承載力。
孔隙水
孔隙水是指存在於土層或岩層孔隙含水層中的地下水。它主要分布於鬆散的沉積層中，也存在於半膠結的碎屑沉積岩中。因為孔隙水一般分布於層狀砂岩、粉砂岩、礫岩內，所以比較均勻而連續，水力聯繫密切，具統一的地下水面或測壓面，水的運動形態大多屬層流運動，遵從達西滲透定律。孔隙水的富水性取決於岩石的孔隙度，而孔隙度的大小取決於顆粒的大小、分選好壞、膠結物的性質及膠結程度等。孔隙含水層的透水性、給水度等特性主要受沉積物的成因類型和地貌條件的控制。許多水化學地震觀測井(如管莊井等)的含水層就是孔隙岩層含水層。
土骨架
土是由岩石經過風化、剝蝕、搬運、沉積等物理、化學、生物作用，在地殼表層形成的各種散粒堆積物。它是土力學的研究對象。土是由顆粒(固相)、水(液相)和氣體(氣相)組成的三相分散體系，具有結構和構造。土骨架是指土中固體顆粒形成的構架。是由土顆粒相互接觸與聯接形成的可以承擔與傳遞有效應力的構架體。土骨架的3要素有：土顆粒，包括其結合水；接觸（ 點或面）；聯接（收縮膜，公共結合水膜）。土顆粒相互接觸，或相互聯接，或既相互接觸又聯接構成土骨架。土骨架潰散是指土顆粒既沒有接觸也沒有聯接。結合水膜聯接最強，其次是收縮膜聯接，最弱是接觸。土骨架局部失去接觸或聯接為損傷；潰散或損傷的土骨架重新建立接觸或聯接為修復，還伴有加密的為增強。飽和土的土骨架體積，是包括結合水膜的土顆粒體積；非飽和土的土骨架體積，是包括結合水膜的土顆粒，加上收縮膜聯接的體積。
研究背景
天然土體是由土顆粒 、孔隙流體( 包括孔隙水和孔隙氣 ) 組成的三相介質 。當孔隙中僅被一種流體 (水流或氣流) 所充填時，稱為飽和土。飽和土是工程中常見的土，由土骨架和孔隙水兩相材料組成，其動力特性比單相體複雜得多。而在研究飽和地基的振動液化等問題時，就必須採用兩相體的研究方法，需要仔細分析土骨架和水的各自性態及兩者之間的相互作用。Biot於20 世紀50年代最先給出了飽和多孔介質動力反應計算的基本控制方程，以及波的傳播理論。Biot 理論線上彈性土骨架的基礎上增加了兩個彈性常數，分別對應流體的壓縮性以及流體與土骨架的彈性相互作用，在流體和土骨架各自的運動方程中都包含了兩者之間的慣性及黏性相互作用，從而構成了這兩個方程的耦合。Biot 理論的實質是將連續介質力學套用於流體和多孔介質共同構成的兩相材料體系，並分別考慮土骨架與液體水兩相介質中力與變形的關係及其運動規律， 建立了含水飽和多孔介質波動理論。Biot理論成功地預言出飽和多孔介質中存在 3 種體波：第1類壓縮波（
波）、第2類壓縮波（
波）和剪下波（S波）。
