第3章岩石动力学基础.ppt

第三章 岩石动力学基础,定义：所谓波，就是某种扰动或某种运动参数或状态参数（例如应力、变形、震动、温度、电磁场强度等）的 变化在介质中的传播。应力波就是应力在固体介质中的传播。 分类：(4类） 弹性波: 在应力应变关系服从虎克定律的介质中传播的波。,第一节 岩石的波动特性,一、固体中应力波的种类,粘弹性波 在非线性弹性体中传播的波，这种波，除弹性变形产生的弹性应力外，还产生又摩擦应力或粘滞应力。 塑性波 应力超过弹性极限的波。 冲击波 如果固体介质的变形性质能使大扰动的传播速度远比小扰动的传播速度大，在介质中就会形成波头陡峭的、以超声波传播的冲击波。,岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。,3.在固体中可传播的弹性波可分为两类 （1）体波：由岩体内部传播的波(2类） （a）纵波（又称：初至波、Primary波） 质点振动的方向和传播方向一致的波 它产生压缩或拉伸变形。 （b）横波（又称次到波、Second波) 质点振动方向和传播方向垂直的波 产生剪切变形。 （2）面波：仅在岩石表面传播。 质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直 于表面，这样的面波又称为瑞利波。 面波速度小于体波，但传播距离大。,按波面形状，应力波又区分为平面波、球面波和和柱面波。 波面上介质的质点具有相同的速度、加速度、位移、应力和变形。 最前方的波面称为波前、波头和波阵面。 二、弹性波在固体中的传播 拉梅运动方程 (不计体力),由上方程导出纵波在各向同性岩体中的传播速度： 横波在各向同性岩体中的传播速度： 将 ， 代入 上两式，得：,若已知 ，侧可根据上两式推出求动弹性模量 和动泊松比 ，即：,注：若 分辨不清，则可用 （一般可用 静泊松比代替）求 ，则 若 0.25时， 1.73 经过各方面试验验证， 一般在1.61.7 之间。,三、岩体弹性波速得测定,（一）岩块声波传播速度室内测定 测定时，把声源和接收器放在岩块试件得两端，通常用超声波，其频率为1000Hz2MHz。（示波见图31）,发射传感器,耦合济,接收传感器,测出,注：由于纵波比横波较后到达，因此横波易受干扰，难于分辨，所以准确得测出横波时很重要的。中国科学院岩土力学研究所建议用下述方法：,（1）用激发横向振动的PZT型压电晶片作横波换能 器（图32a） （2）利用固体与固体的自由边表面产生反射横波（图32b） （3）利用水浸法量测试件的横波（图32c）,（二）岩体声波传播速度的现场测定,岩体声波的传播速度可以在巷道帮面或 平坦的岩面上测定。现场量测弹性波速度 的方法如图（3-3）所示。 量出声源与接收器之间的距离如图33中的D1或D2 测出P波和S波传播的时间,计算弹性波速度Vp和Vs,（三）岩体弹性波测定结果,岩体中弹性波速经过室内外测定与归纳，得结果间表31。 由表可见，岩体纵波波速变化范围较大， 受各种因素影响。一般来说， 岩块波速要大于岩体波速； 新鲜完整得岩体波速大； 裂隙越发育和风化破碎岩体的波速越小。,根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（32）,动弹性模量与静弹性模量的比值 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差值越小，否则，差值就越大。 根据对比资料的统计，动弹性模量比静弹性模量高百分之几至几十倍，如图34所示。 从动弹性模量的数字来看，多集中在 之间。,图 3-4,返回,