深部地下岩体工程开挖卸荷,围岩体处于梯度地应力环境中。为了研究爆破应力波在具有梯度地应力围岩体中的传播衰减特性,基于自主研发的具有梯度应力岩石应力波传播试验系统,开展了梯度应力工况下红砂岩的变形特性和应力波传播特性试验研究,基于梯度应力作用下红砂岩的变形特性分析其应力波传播衰减机理。本文的主要研究内容和结论如下:(1)利用梯度应力加载试验装置对红砂岩施加线性和非线性两类梯度应力,研究了不同梯度应力对红砂岩变形特性的影响。结果表明,在线性梯度应力作用下,红砂岩的轴向应变随空间距离的增加呈非线性增大,而随着线性梯度应力的增大,应变-空间距离曲线的曲率越来越小。在非线性梯度应力作用下,应变值随空间距离的增加也呈非线性形式增加,随着非线性梯度应力的增大,其轴向应变曲线的曲率越来越大。(2)基于具有不同梯度应力红砂岩的应力波传播试验数据,通过研究应力波波宽、平台应变、幅值的变化,表征应力波传播衰减特性。结果表明,同一测点处的波宽随应力梯度的增加逐渐减小,减小幅度随着应力波传播距离的增加而减小。受梯度应力的影响,应力波的卸载段尾部形成一个平台,平台应变值随传播距离的增加呈线性衰减,且衰减速率整体随应力梯度的增加逐渐增大。应力波幅值在空间、时间上都呈指数形式衰减,空间衰减系数α_x随应力梯度k的增加呈现先增加后减小的变化趋势,时间衰减系数α_t也具有相似的变化规律。幅值空间响应强度β_x随应力梯度k的增大近似指数式减小,而时间响应强度β_t随应力梯度k的增加而先增加后减小。(3)基于具有不同梯度应力红砂岩的应力波传播试验数据,研究应力波的频谱特性和能量变化规律。结果表明,梯度应力一定时,各个测点频谱均呈抛物状。在低频率下,随着频率的增加频谱变化明显,高频率下频谱趋于稳定。在同一测点,应力波主频随着应力梯度的增加而逐渐增大;不同测点,无梯度应力时,主频随传播距离的增加而减小;有梯度应力作用时,主频随传播距离的增加而增大。应力波总能量随传播距离呈指数形式衰减,能量衰减系数u_x随应力梯度的增加先增大后减小。应力波信号能量主要集中在0~36.62 kHz频段内,低频信号的能量对梯度应力、传播距离的表化较敏感。