岩石节理在应力波垂直入射作用下的振动规律研究

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岩体和土体都是各种构筑物的天然载体。其既可以作为地上建筑物的地基,也是地下构筑物的围岩和采矿工程的开挖对象,并且随着地层的深入岩体更是成为工程设计和施工的主要对象。与一般人工材料不同,岩体是在漫长的地质历史中形成的复杂地质体。结构面是造成岩体各向异性,非线弹性,不连续性和不均匀性的本质原因之一。因此,研究结构面的力学特性是研究岩体力学特性的关键。在工程实际中岩体还会受到动态荷载(如地震荷载,爆破振动等)的扰动。岩体承受动态荷载时,应力波将在岩体中传播。天然岩体中通常包含一组或多组平行节理。因此,研究应力波通过多条平行节理衰减规律对处于动态力学状态(如地震,爆破等)下岩体的稳定性分析和破坏机理研究具有指导意义。本文运用超探测实验测技术研究节理分布情况对波衰减的影响。其中控制变量为节理条数和节理间距。为将问题聚焦于节理分布对波衰减的影响,本实验研究波垂直入射时多条贯通的平行干节理对波衰减规律的影响。主要工作与成果如下:(1)设计关于多条平行节理岩体中波传播问题的超声模型实验,制作水泥浆节理试样进行超声探测以研究节理的分布情况(节理条数和节理间距)对波衰减的影响。通过波形分析可知节理对波幅的衰减作用明显,并且在应力波通过多条平行节理岩体时随着节理条数的增加其总的衰减幅度增加但是其相对衰减幅度减小。即随着节理条数的增加波的衰减幅度是不均匀的。根据各试样的测量间距和首波到达时间计算出的超声波的平均传播速度对比可知无充填的干节理对波的传播速度没有衰减作用。通过对比相同节理数的不同节理间距试样的首波波幅可知,在时域范围内,针对本实验的超声波节理间距为40mm试样的首波幅值小于节理间距为20mm试样的首波幅值。(2)对超声实验获得的实验数据进行频谱分析获得各试样的频谱振幅以对波在节理试样中传播的问题进行频域分析,总结出节理条数对波衰减的影响和节理间距对波衰减的影响规律。经过频域分析后,由频谱振幅和主频率之间的关系得到随着节理条数的增加不但透射波的频谱振幅会减小而且主频率也会减小。频域范围内,针对本实验的超声波节理间距为40mm试样的频谱幅值小于节理间距为20mm试样的频谱幅值。随着节理数量的增加时域透射系数减小。频域的透射系数与时域呈现出相同的变化规律,但数值并非完全相同。
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