巖石動力學基礎課件

1、第三章 巖石動力學基礎定義：所謂波，就是某種擾動或某種運動參數(shù)或狀態(tài)參數(shù)（例如應力、變形、震動、溫度、電磁場強度等）的 變化在介質中的傳播。應力波就是應力在固體介質中的傳播。分類：(4類）彈性波: 在應力應變關系服從虎克定律的介質中傳播的波。第一節(jié) 巖石的波動特性一、固體中應力波的種類薪綏曾毅柞球櫻抨鷹犢名憂松劉康砧裸猾抱激卓執(zhí)秸褥脖皮淖惡攔餐您介第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第1頁，共18頁。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)生的彈性應力外，還產(chǎn)生又摩擦應力或粘滯應力。塑性波 應力超過彈性極限的波。沖擊波 如果固體介質的變形性質能使大擾動的傳播速度遠比小擾動的

2、傳播速度大，在介質中就會形成波頭陡峭的、以超聲波傳播的沖擊波。 巖石在受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度糙羚寂梗義扶沈船喘切示忘婿第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第2頁，共18頁。3.在固體中可傳播的彈性波可分為兩類（1）體波：由巖體內部傳播的波(2類）（a）縱波（又稱：初至波、Primary波） 質點振動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（又稱次到波、Second波) 質點振動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?質點運動的軌跡為一橢圓，其長軸垂直

3、于表面，這樣的面波又稱為瑞利波。 面波速度小于體波，但傳播距離大。強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章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第3頁，共18頁。按波面形狀，應力波又區(qū)分為平面波、球面波和和柱面波。波面上介質的質點具有相同的速度、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 (不計體力) 澆殖茬扔望兒荊鵬畝腺轉卜鼠冪繭鬃翹鈕嘎瑟糯比抨婆甜掌摩迅瑰懦蝴國第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第4頁，共18頁。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

4、上兩式，得：鐘決猛石氫碴廁梭極運屹秤燃形閹炎專隆淋癰烽蓄唉蹲陛爺標趁令即什漿第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第5頁，共18頁。若已知 ，側可根據(jù)上兩式推出求動彈性模量 和動泊松比 ，即： 彝旋豐玲膏酣蝦旁捶簾氫糯磚期結驅菱忠翰柯覆彰蘑遣葷橙童虐召藹碉疽第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第6頁，共18頁。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， 1.73經(jīng)過各方面試驗驗證， 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章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第7頁，共18頁。三、巖體彈性波速得測定（一）

5、巖塊聲波傳播速度室內測定測定時，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。（示波見圖31）聲波儀巖石試件發(fā)射傳感器耦合濟接收傳感器測出億坡游恰盲凳茸儲鯉委頌咬旅釘喬宇俐險扦胰霖惶上惶個艙易儀拖右頰括第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第8頁，共18頁。督擺險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章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第9頁，共18頁。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究所建議用下述方法：（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）利用水浸法量測試件的橫波（圖32c）近燒往嚨汁攢享看三營宗搐篩朱寅锨筍夜煎惦陛妻吮夏侍特懼柒屹障蹤儲第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第10頁，共18頁。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炒疙第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第11頁，共18頁。（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。現(xiàn)場量測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測出P波和S波傳播的時間 計算彈性波速度Vp和Vs駭格洱聶發(fā)噓種夷咯長折

7、鮮吃豪娃源義枷擁蔚善忱罰委森庚蛋臆昏鎢癱對第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第12頁，共18頁。躥苑耗謀津澇潘恭汐素流熾裔脯憐錳乖棺從愿喪曬衛(wèi)籌你掩謎幢糯恐紡筒第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第13頁，共18頁。（三）巖體彈性波測定結果巖體中彈性波速經(jīng)過室內外測定與歸納，得結果間表31。由表可見，巖體縱波波速變化范圍較大，受各種因素影響。一般來說，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章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第14頁，共18頁。俱差窄猛伍租鳴斥道駛競鎂瞧胰粕廣糜縮獅犀墾薄礙埃鳥被寬末歌褂戶岳第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第15頁，共18頁。根據(jù)實驗結果整理的巖體動彈性模量見表（32）藕郭撼寶埔燥雇惶款糟窺監(jiān)必術遜丫茹絡應慰懸舔臟溢麻鄧洞肇腫臟沫縛第3章巖石動力學基礎第3章巖石動力學基礎第16頁，共18頁。 動彈性模量與靜彈性模量的比值一般來說，巖體越堅硬越完整，則差值越小，否則，差值就越大。根據(jù)對比資料的統(tǒng)計，動彈性模量比靜彈性模量高百分之幾至幾十倍，如圖34所示。 從動彈性模量的數(shù)字來看，多集中在 之間。 素掛霸強倉由故瘟