第3章巖石動力基礎

1、 第三章第三章 巖石動力學基礎巖石動力學基礎1. 定義：所謂波，就是某種擾動或某種運動參數或狀態(tài)參數（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。2. 分類：(4類）彈性波彈性波: : 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)第一節(jié) 巖石的波動特性巖石的波動特性一、固體中應力波的種類粘彈性波粘彈性波 在非線性彈性體中傳播的波，這種波，除彈性變形產生的彈性應力外，還產生又摩擦應力或粘滯應力。塑性波塑性波 應力超過彈性極限的波。沖擊波沖擊波 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傳播速度大，在介質中就會形成波頭陡峭的

2、、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性波，塑性波和沖擊波只有在振源才可以看到。3.在固體中可傳播的彈性波可分為兩類（1 1）體波）體波：由巖體內部傳播的波(2類）（a）縱波（又稱：初至波、p primary波） 質點振動的方向和傳播方向一致的波 它產生壓縮或拉伸變形。 （b）橫波（又稱次到波、s second波) 質點振動方向和傳播方向垂直的波 產生剪切變形。（2 2）面波：）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 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

3、距離大。 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前、波頭和波陣面。二、彈性波在固體中的傳播二、彈性波在固體中的傳播拉梅運動方程 (不計體力) 222222222)()()(tuwgzgtuvgygtuugxgddd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 ， 代入上兩式，得：21)(dsgv 21)2(dpgvc)21)(1 (ddddeddeg121)21)(1 ()1 (ddddpev21)1 (ddsev若已知 ，側可根據上兩式推出求動彈性模量 和動

4、泊松比 ，即： spvv ,ded)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdvvvvvvvvve注注：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 經過各方面試驗驗證， 一般在1.61.7之間。sv,pvde2121)1 (2/spvvspvv /spvv /三、巖體彈性波速得測定三、巖體彈性波速得測定（一）巖塊聲波傳播速度室內測定（一）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）聲波儀聲波儀巖石試件巖石試件l發(fā)射傳感器發(fā)射傳感器耦合濟耦合濟接收傳

5、感器接收傳感器sspptlvtlv/測出測出sptt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32a）（2）利用固體與固體的自由邊表面產生反射橫波（圖32b）（3）利用水浸法量測試件的橫波（圖32c）（二）巖體聲波傳播速度的現場測定（二）巖體聲波傳播速度的現場測定 巖體聲波的傳播速度可以在巷道幫面巷道幫面或平坦的巖面巖面上測定。現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量出聲源與接收器之間的距離如圖33中的d1或d2測出測出p p波和波和s s波傳播的時間波傳播的時間sptt 計算彈性波速度計算彈性波速度vp和vs（三）巖體彈性波測定結果（三）巖體彈性波測定結果巖體中彈性波速經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。根據實驗結果整理的巖體動彈性模量見表（32） 動彈性模量與靜彈性模量的比值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