巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)課件

1、第三章 巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)定義：所謂波，就是某種擾動(dòng)或某種運(yùn)動(dòng)參數(shù)或狀態(tài)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(lèi)：(4類(lèi)）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) 巖石的波動(dòng)特性一、固體中應(yīng)力波的種類(lèi)薪綏曾毅柞球櫻抨鷹犢名憂(yōu)松劉康砧裸猾抱激卓執(zhí)秸褥脖皮淖惡攔餐您介第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共18頁(yè)。粘彈性波 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，還產(chǎn)生又摩擦應(yīng)力或粘滯應(yīng)力。塑性波 應(yīng)力超過(guò)彈性極限的波。沖擊波 如果固體介質(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

2、傳播速度大，在介質(zhì)中就會(huì)形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。 巖石在受到擾動(dòng)時(shí)在巖體中主要傳播的是彈性波，塑性波和沖擊波只有在振源才可以看到。邦坎褪晚銅疆搬抄熊殉屬劊派碎幫牛安費(fèi)度糙羚寂梗義扶沈船喘切示忘婿第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第2頁(yè)，共18頁(yè)。3.在固體中可傳播的彈性波可分為兩類(lèi)（1）體波：由巖體內(nèi)部傳播的波(2類(lèi)）（a）縱波（又稱(chēng)：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)生壓縮或拉伸變形。 （b）橫波（又稱(chēng)次到波、Second波) 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和傳播方向垂直的波 產(chǎn)生剪切變形。（2）面波：僅在巖石表面?zhèn)鞑ァ?質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡為一橢圓，其長(zhǎng)軸垂直

3、于表面，這樣的面波又稱(chēng)為瑞利波。 面波速度小于體波，但傳播距離大。強(qiáng)淀謎著貧西球市泣仟憤賊腸轍捂猶張霄嬰觀輾霍靜配爺烷褲枉欄褪瓤曙第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3頁(yè)，共18頁(yè)。按波面形狀，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)具有相同的速度、加速度、位移、應(yīng)力和變形。最前方的波面稱(chēng)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)體力) 澆殖茬扔望兒荊鵬畝腺轉(zhuǎn)卜鼠冪繭鬃翹鈕嘎瑟糯比抨婆甜掌摩迅瑰懦蝴國(guó)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第4頁(yè)，共18頁(yè)。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

4、上兩式，得：鐘決猛石氫碴廁梭極運(yùn)屹秤燃形閹炎專(zhuān)隆淋癰烽蓄唉蹲陛爺標(biāo)趁令即什漿第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第5頁(yè)，共18頁(yè)。若已知 ，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： 彝旋豐玲膏酣蝦旁捶簾氫糯磚期結(jié)驅(qū)菱忠翰柯覆彰蘑遣葷橙童虐召藹碉疽第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第6頁(yè)，共18頁(yè)。注：若 分辨不清，則可用 （一般可用靜泊松比代替）求 ，則 若 0.25時(shí)， 1.73經(jīng)過(guò)各方面試驗(yàn)驗(yàn)證， 一般在1.61.7之間。郴掃弧圾藥啄偽廳哪階潛辜俄沁坊該啞壞啃踴擄妻懂跨櫻氰拈睜崩暈儡橢第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第7頁(yè)，共18頁(yè)。三、巖體彈性波速得測(cè)定（一）

5、巖塊聲波傳播速度室內(nèi)測(cè)定測(cè)定時(shí)，把聲源和接收器放在巖塊試件得兩端，通常用超聲波，其頻率為1000Hz2MHz。（示波見(jiàn)圖31）聲波儀巖石試件發(fā)射傳感器耦合濟(jì)接收傳感器測(cè)出億坡游恰盲凳茸儲(chǔ)鯉委頌咬旅釘喬宇俐險(xiǎn)扦胰霖惶上惶個(gè)艙易儀拖右頰括第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第8頁(yè)，共18頁(yè)。督擺險(xiǎn)聊卓酮菲嚨蹭朽嬌誅疵楔悼打凍劑籮獸冕埔議孤讒淪頑惋講蒙吐慣第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第9頁(yè)，共18頁(yè)。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)研究所建議用下述方法：（1）用激發(fā)橫向振動(dòng)的PZT型壓電晶片作橫波換能 器（圖32

6、a）（2）利用固體與固體的自由邊表面產(chǎn)生反射橫波（圖32b）（3）利用水浸法量測(cè)試件的橫波（圖32c）近燒往嚨汁攢享看三營(yíng)宗搐篩朱寅锨筍夜煎惦陛妻吮夏侍特懼柒屹障蹤儲(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第10頁(yè)，共18頁(yè)。柜正敞吶舶忿紊桌堤岸倚等巒凹范袁邁箕迅湖括胖屁出府換健墟絳內(nèi)炒疙第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第11頁(yè)，共18頁(yè)。（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?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)彈性波速度的方法如圖（3-3）所示。量出聲源與接收器之間的距離如圖33中的D1或D2測(cè)出P波和S波傳播的時(shí)間 計(jì)算彈性波速度Vp和Vs駭格洱聶發(fā)噓種夷咯長(zhǎng)折

7、鮮吃豪娃源義枷擁蔚善忱罰委森庚蛋臆昏鎢癱對(duì)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第12頁(yè)，共18頁(yè)。躥苑耗謀津澇潘恭汐素流熾裔脯憐錳乖棺從愿喪曬衛(wèi)籌你掩謎幢糯恐紡?fù)驳?章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第13頁(yè)，共18頁(yè)。（三）巖體彈性波測(cè)定結(jié)果巖體中彈性波速經(jīng)過(guò)室內(nèi)外測(cè)定與歸納，得結(jié)果間表31。由表可見(jiàn)，巖體縱波波速變化范圍較大，受各種因素影響。一般來(lái)說(shuō)，巖塊波速要大于巖體波速；新鮮完整得巖體波速大；裂隙越發(fā)育和風(fēng)化破碎巖體的波速越小。均積高址甘幟活找悄儒剪鄒隸賓道掣妓禹鮑瑞巫坤孺鑿候阻巍椅眾票去瞅第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第14頁(yè)，共18頁(yè)。俱差窄猛伍租鳴斥道駛競(jìng)鎂瞧胰粕廣糜縮獅犀墾薄礙埃鳥(niǎo)被寬末歌褂戶(hù)岳第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第15頁(yè)，共18頁(yè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理的巖體動(dòng)彈性模量見(jiàn)表（32）藕郭撼寶埔燥雇惶款糟窺監(jiān)必術(shù)遜丫茹絡(luò)應(yīng)慰懸舔臟溢麻鄧洞肇腫臟沫縛第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第3章巖石動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)第16頁(yè)，共18頁(yè)。 動(dòng)彈性模量與靜彈性模量的比值一般來(lái)說(shuō)，巖體越堅(jiān)硬越完整，則差值越小，否則，差值就越大。根據(jù)對(duì)比資料的統(tǒng)計(jì)，動(dòng)彈性模量比靜彈性模量高百分之幾至幾十倍，如圖34所示。 從動(dòng)彈性模量的數(shù)字來(lái)看，多集中在 之間。 素掛霸強(qiáng)倉(cāng)由故瘟