В. А. Лисютин

Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация

Введение. В статье представляется квазидвухфазная теория распространения продольной волны в неконсолидированных морских осадках. В морских осадках могут распространяться продольная и сдвиговая волны. Акустическими характеристиками этих волн являются фазовые скорости, коэффициенты затухания и их частотные зависимости. Экспериментально показано, что в сухих гранулированных средах коэффициент затухания прямо пропорционален частоте. В насыщенных средах отмечаются отклонения от этого закона, откуда следует, что существует два физических механизма потерь – внутреннее и вязкое трение.

Материалы и методы. Среда в сухом состоянии представляется в виде обобщенного элемента Кельвина − Фойгта, состоящего из пружины и прумпфера – элемента, сочетающего консервативные свойства пружины и диссипативные свойства демпфера. С применением математического аппарата дробных производных выводятся волновое и дисперсионное уравнения, включающие только внутреннее трение. Затем выводится новое двухфазное уравнение состояния, где часть жидкости считается связанной с твердой фазой, а часть считается подвижной. Подстановка этого уравнения состояния в волновое уравнение приводит к квадратному дисперсионному уравнению, корни которого дают волновые числа двух типов волн – быстрой и медленной (теория Grain Shearing + Effective Compressibility, или сокращенно GS + EC). Согласно теории GS + EC, существенная дисперсия скорости звука и отклонения частотной зависимости затухания от линейного закона в диапазоне средних частот возникают по причине изменения сжимаемости среды.

Анализ результатов. Результаты теории GS + EC сопоставляются с экспериментальными данными измерений фазовой скорости и затухания, взятыми из открытых источников. Показывается, что на низких частотах неконсолидированная среда обладает большей, чем на высоких частотах, сжимаемостью вследствие вытеснения флюида из сужений порового пространства.

Обсуждение и заключение. Вязкая диссипация проявляется на средних частотах, когда флюид еще мобилен, но и вязкие силы достаточно велики. На высоких частотах гранулы и флюид колеблются вместе и затухание в среде возникает за счет сил внутреннего трения.

Ключевые слова

неконсолидированные морские осадки, межгранулярное трение, вязкая диссипация, дисперсия фазовой скорости, коэффициент затухания, тангенс потерь.

Благодарности

исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и города Севастополя в рамках научного проекта № 18-42-920001.

Для цитирования

Лисютин В. А. Обобщенная реологическая модель неконсолидированных морских осадков с внутренним трением и эффективной сжимаемостью // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 85–100. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-85-100

DOI

10.22449/0233-7584-2019-1-85-100

Скачать статью в PDF-формате