应力波在宏面节理岩体中的传播特性及其应用

发布时间：2017-08-02 14:32

  本文关键词：应力波在宏面节理岩体中的传播特性及其应用

  更多相关文章： 位移不连续模型 节理岩体 成组平行岩层 非线性节理 动力测试

【摘要】：节理弹性参数的测试是岩石力学学科的热点也是难点问题。节理对应力波在岩体中的传播具有很大影响,不同类型的节理,影响也不同。本文通过理论分析、数值计算和现场试验,研究了线性节理、成组平行岩层和非线性节理对应力波传播的影响,提出了节理弹性参数的测试方法,并论证了方法的合理性,研究的主要结论整理如下:(1)随着频率的增加,振幅透射系数减小,说明线性节理具有低通滤波特性,节理法向刚度越小,节理的低通滤波特性越明显。用位移不连续模型描述节理的变形特性时,均不能很好的得到应力波通过节理的反射波波形,但对于入射波峰值频率较小、厚度较小的节理,能较为精确地计算出应力波通过节理的透射波波形。(2)P波垂直通过成组平行岩层时,当界面均为线性节理时,对于各岩层岩性相同的情况,岩层为“低通”+“多带通”的混合滤波形式,对于岩层的波速呈等差数列递减的情况,岩层为“低通”的滤波形式。当界面均为线性节理、各岩层厚度相同时,通过岩层的透射系数随岩层厚度的增加呈周期性变化,且变化周期不随岩层数量的增加而改变。(3)单一频率的入射波垂直通过非线性节理时,透射波为一个多频波,透射波可以看成是基本谐波和倍频谐波的相干波。透射波的谐波振幅与谐波阶数呈负指数关系,透射波的谐波相位与谐波阶数呈线性关系,入射波初始相位不影响透射波中各阶谐波的振幅。(4)数值计算结果表明,不同入射波峰值频率、不同节理的波速,利用所提出的节理弹性参数测试方法的误差均在2.00%以下,说明本章的测试方法能精确地测试出节理的弹性参数。对现场厚度为0.04 m的节理进行了6次试验,6次试验的结果相近,说明本章的测试方法具有很好的稳定性,得到现场节理的弹性模量和泊松比分别为6.03GPa和0.19。
【关键词】：位移不连续模型 节理岩体 成组平行岩层 非线性节理 动力测试
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 研究背景与意义8
• 1.2 研究进展8-11
• 1.2.1 应力波在节理岩体中的传播特性8-10
• 1.2.2 岩体参数的测试10-11
• 1.3 本文的研究内容11-12
• 1.4 本文技术路线12-13
• 第二章 单一线性节理的分析模型13-26
• 2.1 单一频率的入射波通过线性节理的透射、反射系数13-17
• 2.2 单一频率的入射波垂直入射时透射、反射系数的变化规律17-19
• 2.2.1 频率和节理法向刚度对透射、反射系数的影响18
• 2.2.2 节理两侧介质的P波波阻抗对透射、反射系数的影响18-19
• 2.3 位移不连续模型存在的问题19-25
• 2.3.1 多频入射波垂直入射时透射、反射波的计算19-20
• 2.3.2 模拟实验20-21
• 2.3.3 入射波和反射波的分离算法21-22
• 2.3.4 分离算法的验证22-23
• 2.3.5 位移不连续模型存在的问题23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 入射P波垂直通过成组平行岩层的分析模型26-37
• 3.1 单一岩层分析模型的建立26-30
• 3.2 成组平行岩层分析模型的建立30-34
• 3.2.1 P波垂直成组平行岩层入射时的分析模型30-31
• 3.2.2 P波垂直通过成组平行岩层的透射系数的基本规律31-34
• 3.3 岩层分析模型的验证34-35
• 3.3.1 模拟实验34-35
• 3.3.2 岩层分析模型合理性的验证35
• 3.4 本章小结35-37
• 第四章 弹性P波垂直通过非线性节理的傅里叶级数分析法37-47
• 4.1 弹性P波垂直入射时透射、反射波速度波形的傅里叶级数解37-41
• 4.2 非线性节理傅里叶级数分析法的验证41-43
• 4.3 透射波各阶谐波的振幅和相位随阶数的变化规律43-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 宏观节理弹性参数的测试47-54
• 5.1 应力波垂直入射时节理弹性模量和泊松比的测试方法48-49
• 5.2 测试方法的验证49-51
• 5.3 节理弹性参数测试方法的应用51-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间的研究成果60-61

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本文编号：609771