巖石動力學基礎ppt課件

1、第三章第三章巖石動力學根巖石動力學根底底定義：所謂波，就是某種擾動或某種運動參數(shù)或形狀參數(shù)例如應力、變形、震動、溫度、電磁場強度等的 變化在介質(zhì)中的傳播。應力波就是應力在固體介質(zhì)中的傳播。分類：(4類彈性波: 在應力應變關系服從虎克定律的介質(zhì)中傳播的波。第一節(jié)第一節(jié) 巖石的動搖特性巖石的動搖特性一、固體中應力波的種類粘彈性波粘彈性波 在非線性彈性體中傳播的波，在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產(chǎn)生的彈性應力外，這種波，除彈性變形產(chǎn)生的彈性應力外，還產(chǎn)生又摩擦應力或粘滯應力。還產(chǎn)生又摩擦應力或粘滯應力。塑性波塑性波 應力超越彈性極限的波。應力超越彈性極限的波。沖擊波沖擊波 假設固體介質(zhì)

2、的變形性質(zhì)能使假設固體介質(zhì)的變形性質(zhì)能使大擾動的傳播速度遠比小擾動的傳播速大擾動的傳播速度遠比小擾動的傳播速度大，在介質(zhì)中就會構(gòu)成波頭峻峭的、度大，在介質(zhì)中就會構(gòu)成波頭峻峭的、以超聲波傳播的沖擊波。以超聲波傳播的沖擊波。 巖石在遭到擾動時在巖體中主要傳播的是彈巖石在遭到擾動時在巖體中主要傳播的是彈性波，塑性波和沖擊波只需在振源才可以看到。性波，塑性波和沖擊波只需在振源才可以看到。3.在固體中可傳播的彈性波可分為兩類1體波：由巖體內(nèi)部傳播的波(2類a縱波又稱：初至波、Primary波 質(zhì)點振動的方向和傳播方向一致的波 它產(chǎn)生緊縮或拉伸變形。 b橫波又稱次到波、Second波) 質(zhì)點振動方向和傳播

3、方向垂直的波 產(chǎn)生剪切變形。2面波：僅在巖石外表傳播。 質(zhì)點運動的軌跡為一橢圓，其長軸垂直 于外表，這樣的面波又稱為瑞利波。 面波速度小于體波，但傳播間隔大。 按波面外形，應力波又區(qū)分為平面波、球面波和和柱面波。 波面上介質(zhì)的質(zhì)點具有一樣的速度、加速度、位移、應力和變形。 最前方的波面稱為波前、波頭和波陣面。 二、彈性波在固體中的傳播 拉梅運動方程 (不計膂力) 222222222)()()(tuwGzGtuvGyGtuuGxGddd由上方程導出縱波在各向同性巖體中的傳播速度： 橫波在各向同性巖體中的傳播速度： 將 ， 代入上兩式，得：21)(dsGV 21)2(dpGVC)21)(1 (dd

4、ddEddEG121)21)(1 ()1 (ddddpEV21)1 (ddsEV假設知 ，側(cè)可根據(jù)上兩式推出求動彈性模量 和動泊松比 ，即： spVV ,dEd)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdVVVVVVVVVE注：假設注：假設分辨不清，那么可用分辨不清，那么可用普通可用普通可用靜泊松比替代求靜泊松比替代求，那么，那么假設假設0.25時，時，1.73經(jīng)過各方面實驗驗證，經(jīng)過各方面實驗驗證，普通在普通在1.61.7之間。之間。sV,pVdE2121)1 (2/spVVspVV /spVV /三、巖體彈性波速得測定三、巖體彈性波速得測定一巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測

5、定一巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測定測定時，把聲源和接納器放在巖塊試件得兩測定時，把聲源和接納器放在巖塊試件得兩端，通常用超聲波，其頻率為端，通常用超聲波，其頻率為1000Hz2MHz。示波見圖示波見圖31NoImage聲波儀聲波儀巖石試件巖石試件l發(fā)射傳感器發(fā)射傳感器耦合濟耦合濟接納傳感器接納傳感器SSPPtlVtlV/測出測出SPtt注：由于縱波比橫波較后到達，因此橫波易受干擾，難于分辨，所以準確得測出橫波時很重要的。中國科學院巖土力學研討所建議用下述方法：1用激發(fā)橫向振動的PZT型壓電晶片作橫波換能 器圖32a2利用固體與固體的自在邊外表產(chǎn)生反射橫波圖32b3利用水浸法量測試件的橫波圖32c二巖

6、體聲波傳播速度的現(xiàn)場測定二巖體聲波傳播速度的現(xiàn)場測定 巖體聲波的傳播速度可以在巷道幫面或平坦的巖面上測定?，F(xiàn)場量測彈性波速度的方法如圖3-3所示。量出聲源與接納器之間的間隔如圖33中的D1或D2測出P波和S波傳播的時間SPtt 計算彈性波速度計算彈性波速度VpVp和和VsVs三巖體彈性波測定結(jié)果三巖體彈性波測定結(jié)果巖體中彈性波速經(jīng)過室內(nèi)外測定與歸納，得結(jié)果間表31。由表可見，巖體縱波波速變化范圍較大，受各種要素影響。普通來說，巖塊波速要大于巖體波速；新穎完好得巖體波速大；裂隙越發(fā)育和風化破碎巖體的波速越小。根據(jù)實驗結(jié)果整理的巖體動彈性模量見表32 動彈性模量與靜彈性模量的比值普通來說，巖體越鞏固越完好，那么差值