【摘 要】
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在岩体工程施工与运营期,岩体经常受到爆破、地震等动态扰动,扰动以应力波的形式在岩体中传播。工程岩体中广泛存在的非贯通节理会导致应力波振幅衰减、相位变化以及波速减慢。而且,相较于贯通节理而言,断续节理产生的应力波反射,透射,散射现象更为复杂。因此,研究断续节理岩体中的应力波传播和衰减规律,对岩土工程、防护工程、地质工程、地球物理勘探等有着非常重要的科学意义与工程价值。开展断续节理岩体中的应力波传播规
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在岩体工程施工与运营期,岩体经常受到爆破、地震等动态扰动,扰动以应力波的形式在岩体中传播。工程岩体中广泛存在的非贯通节理会导致应力波振幅衰减、相位变化以及波速减慢。而且,相较于贯通节理而言,断续节理产生的应力波反射,透射,散射现象更为复杂。因此,研究断续节理岩体中的应力波传播和衰减规律,对岩土工程、防护工程、地质工程、地球物理勘探等有着非常重要的科学意义与工程价值。开展断续节理岩体中的应力波传播规律的试验研究,需要在实验室尺度设置复杂的断续节理空间分布形态,这是现有试验设备难以实现的。为解决这一问题,本文基于摆锤撞击原理设计并研制了一套可用于断续节理岩体中应力波传播研究的试验装置。该试验装置主要由平面波发生器、支撑平台、软件控制系统和数据监测系统四部分构成,具有可控、可调、可重复激发具有不同波长和幅值应力波的特点。顾及节理长度,设备尺寸和实际操作条件,通过预实验和数值模拟确定了断续节理中波传播试验研究所用的摆锤和试样尺寸。利用花岗岩岩石板对所研制设备进行了标定试验,结果表明:在岩石板中测得的应力波传播速度与超声波试验结果相近,应力波波长随摆锤宽度的增加而增加。应力波在完整岩石板同一横截面处的幅值基本一致,即所研制设备可激发出波阵面近似为平面的应力波。对含断续节理的岩石板进行试验,结果表明断续节理对应力波在岩石板中的传播影响显著,应力波不再以平面波形式传播。标定试验证明了该试验装置可以用于断续节理岩体的应力波传播研究。利用标定后的试验装置,研究了断续节理几何参数(节理段长度、节理间距、入射角以及传播距离)对应力波传播的影响规律与机制。结果表明:波场由透过节理段的透射波和穿过岩桥的衍射波相互叠加形成。节理段以及岩桥中心测点的透射系数随着节理段长度的增加而逐渐减小。节理段中心测点的透射系数随着传播距离的增加而增大,岩桥中心测点的透射系数随着传播距离的增大而减小。透射系数随节理间距的增大呈现先减小后增大最后趋于稳定的规律。透射系数随入射角的增大而增大。
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