岩石动力学基础ppt课件

1、第三章第三章岩石动力学根岩石动力学根底底定义：所谓波，就是某种扰动或某种运动参数或形状参数例如应力、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。第一节第一节 岩石的动摇特性岩石的动摇特性一、固体中应力波的种类粘弹性波粘弹性波 在非线性弹性体中传播的波，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，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。还产生又摩擦应力或粘滞应力。塑性波塑性波 应力超越弹性极限的波。应力超越弹性极限的波。冲击波冲击波 假设固体介质

2、的变形性质能使假设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，在介质中就会构成波头峻峭的、度大，在介质中就会构成波头峻峭的、以超声波传播的冲击波。以超声波传播的冲击波。 岩石在遭到扰动时在岩体中主要传播的是弹岩石在遭到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性波和冲击波只需在振源才可以看到。性波，塑性波和冲击波只需在振源才可以看到。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 它产生紧缩或拉伸变形。 b横波又称次到波、Second波) 质点振动方向和传播

3、方向垂直的波 产生剪切变形。2面波：仅在岩石外表传播。 质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直 于外表，这样的面波又称为瑞利波。 面波速度小于体波，但传播间隔大。 按波面外形，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一样的速度、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 (不计膂力) 222222222)()()(tuwGzGtuvGyGtuuGxGddd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：21)(dsGV 21)2(dpGVC)21)(1 (dd

4、ddEddEG121)21)(1 ()1 (ddddpEV21)1 (ddsEV假设知 ，侧可根据上两式推出求动弹性模量 和动泊松比 ，即： spVV ,dEd)/()2(21)/()43(222222222spspdspspsdVVVVVVVVVE注：假设注：假设分辨不清，那么可用分辨不清，那么可用普通可用普通可用静泊松比替代求静泊松比替代求，那么，那么假设假设0.25时，时，1.73经过各方面实验验证，经过各方面实验验证，普通在普通在1.61.7之间。之间。sV,pVdE2121)1 (2/spVVspVV /spVV /三、岩体弹性波速得测定三、岩体弹性波速得测定一岩块声波传播速度室内测

5、定一岩块声波传播速度室内测定测定时，把声源和接纳器放在岩块试件得两测定时，把声源和接纳器放在岩块试件得两端，通常用超声波，其频率为端，通常用超声波，其频率为1000Hz2MHz。示波见图示波见图31NoImage声波仪声波仪岩石试件岩石试件l发射传感器发射传感器耦合济耦合济接纳传感器接纳传感器SSPPtlVtlV/测出测出SPtt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讨所建议用下述方法：1用激发横向振动的PZT型压电晶片作横波换能 器图32a2利用固体与固体的自在边外表产生反射横波图32b3利用水浸法量测试件的横波图32c二岩

6、体声波传播速度的现场测定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。量出声源与接纳器之间的间隔如图33中的D1或D2测出P波和S波传播的时间SPtt 计算弹性波速度计算弹性波速度VpVp和和VsVs三岩体弹性波测定结果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，受各种要素影响。普通来说，岩块波速要大于岩体波速；新颖完好得岩体波速大；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普通来说，岩体越巩固越完好，那么差值