巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、第三章第三章巖石動(dòng)力學(xué)根巖石動(dòng)力學(xué)根底底定義：所謂波，就是某種擾動(dòng)或某種運(yùn)動(dòng)參數(shù)或形狀參數(shù)例如應(yīng)力、變形、震動(dòng)、溫度、電磁場(chǎng)強(qiáng)度等的 變化在介質(zhì)中的傳播。應(yīng)力波就是應(yīng)力在固體介質(zhì)中的傳播。分類：(4類彈性波: 在應(yīng)力應(yīng)變關(guān)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(dòng)搖特性巖石的動(dòng)搖特性一、固體中應(yīng)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(yīng)力外，這種波，除彈性變形產(chǎn)生的彈性應(yīng)力外，還產(chǎn)生又摩擦應(yīng)力或粘滯應(yīng)力。還產(chǎn)生又摩擦應(yīng)力或粘滯應(yīng)力。塑性波塑性波 應(yīng)力超越彈性極限的波。應(yīng)力超越彈性極限的波。沖擊波沖擊波 假設(shè)固體介質(zhì)

2、的變形性質(zhì)能使假設(shè)固體介質(zhì)的變形性質(zhì)能使大擾動(dòng)的傳播速度遠(yuǎn)比小擾動(dòng)的傳播速大擾動(dòng)的傳播速度遠(yuǎn)比小擾動(dòng)的傳播速度大，在介質(zhì)中就會(huì)構(gòu)成波頭峻峭的、度大，在介質(zhì)中就會(huì)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(dòng)時(shí)在巖體中主要傳播的是彈巖石在遭到擾動(dòng)時(shí)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(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)振動(dòng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡為一橢圓，其長(zhǎng)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(yīng)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(diǎn)具有一樣的速度、加速度、位移、應(yīng)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(yùn)動(dòng)方程 (不計(jì)膂力) 222222222)()()(tuwGzGtuvGyGtuuGxGddd由上方程導(dǎo)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(shè)知 ，側(cè)可根據(jù)上兩式推出求動(dòng)彈性模量 和動(dòng)泊松比 ，即： spVV ,dEd)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdVVVVVVVVVE注：假設(shè)注：假設(shè)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(shè)假設(shè)0.25時(shí)，時(shí)，1.73經(jīng)過各方面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)過各方面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(cè)定三、巖體彈性波速得測(cè)定一巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測(cè)

5、定一巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測(cè)定測(cè)定時(shí)，把聲源和接納器放在巖塊試件得兩測(cè)定時(shí)，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(jì)耦合濟(jì)接納傳感器接納傳感器SSPPtlVtlV/測(cè)出測(cè)出SPtt注：由于縱波比橫波較后到達(dá)，因此橫波易受干擾，難于分辨，所以準(zhǔn)確得測(cè)出橫波時(shí)很重要的。中國(guó)科學(xué)院巖土力學(xué)研討所建議用下述方法：1用激發(fā)橫向振動(dòng)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(cè)試件的橫波圖32c二巖

6、體聲波傳播速度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定二巖體聲波傳播速度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)定。現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)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(cè)出P波和S波傳播的時(shí)間SPtt 計(jì)算彈性波速度計(jì)算彈性波速度VpVp和和VsVs三巖體彈性波測(cè)定結(jié)果三巖體彈性波測(cè)定結(jié)果巖體中彈性波速經(jīng)過室內(nèi)外測(cè)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(fēng)化破碎巖體的波速越小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的巖體動(dòng)彈性模量見表32 動(dòng)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