固体中的应力波

1、固体中的应力波李清中国矿业大学（北京）参考书：1 王礼立.应力波基础第2版（2005年8月1日），国防工业出版社2 李玉龙.应力波基础简明教程第1版（2007年4月1日），西北工业大学3 丁启财（美国）.固体中的非线性波，中国友谊出版公司4 宋守志.固体中的应力波，煤炭工业出版社5 杨善元.岩石爆破动力学基础，煤炭工业出版社6 莱茵哈特（杨善元译）.固体中的应力瞬变，煤炭工业出版社7 徐小荷.冲击凿岩的理论基础与电算方法，东工出版社8 郭自强.固体中的波，地震出版社第0章绪论错误!未定义书签。1 波动现象错误!未定义书签。2 应力波的概念错误!未定义书签。3 应力波分类错误!未定义书签。4 应

2、力波理论与其它力学理论的关系错误!未定义书签。5 应力波理论的发展错误!未定义书签。6 应力波理论在岩土工程中的应用错误!未定义书签。第1章一维应力波基础错误!未定义书签。§波动方程及其解错误!未定义书签。一维纵波的波动方程错误!未定义书签。波的传播速度错误!未定义书签。波动方程的解错误!未定义书签。解的物理意义错误!未定义书签。§应力波的几个基本参量错误!未定义书签。§应力波的能量错误!未定义书签。§波的衰减错误!未定义书签。原因错误!未定义书签。度量错误!未定义书签。衰减率a的测定错误!未定义书签。§考虑杆的横向效应的波动方程错误!未定义书

3、签。§杆中的扭转波与弯曲波错误!未定义书签。扭转波错误!未定义书签。弯曲波错误!未定义书签。第2章二维和三维弹性波理论基础错误!未定义书签。§弹性体的运动微分方程错误!未定义书签。§弹性体的无旋波与等容波错误!未定义书签。无旋波（纵波、P波）错误!未定义书签。等容波（横波、S波）错误!未定义书签。§平面波的传播错误!未定义书签。平面纵波（V错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错

4、误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未

5、指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误!未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。错误！未指定书签。连算波“加载波卸毂波加载波与卸载波1.1.1nrrAEuvAExxFFdxxAEAE2u.2-dxmaxdxdxdx2AE2dxAt2t22u-2x2u,cx1.1.2cEd2lv2El2lE0vot2lE0IvVoVoVooCt1lV022G.2(1)()1.1.3ctxctxt22cu(x,t)2c-)w(,)2u-2x2w2(w)x(w)wwc(一一)(古行波Lix

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11、FR4R(fbQR)VP1-:Faob:oaoh:oao'F.QiVh：VnQpQn1FR11f1QAcQ3R1rFRnIRl342V冲R1ssQ11flA_1R_21f2jmh|sA3AhAsR1Armhs虚线，京m变截面力-时间mR实线t击面时间图(入射陂形图)R2fsmUsmms;Vf1中力头制FCFmax2ls2lhmc图工12双圆柱活塞撞击钎杆的历程图:lFacT1T12msVfdEj"a'R11Fap121-2msVpf2)(1f2)msv.1_2)mRVp1T2(12f10aFa0FaFb2lstsFbcaFamFbnFhafmmVpmsFbmsF|ms

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15、繁，特别是1964年日本新泻地震、美国阿拉斯加地震引起的饱和砂土液化和地基失效造成结构的大规模破坏，极大地推动了人们对土体地震失稳破坏的认识。随着城市现代化与经济的高速发展，地震作用释放出的巨大能量不但直接造成建筑物及设施的大量破坏，而且其次生灾害造成的损失也十分巨大。(2)基本情况抗震研究：多年来，世界各国学者在土石坝、挡土结构物、地下结构物、地铁和隧道、高层建筑物的抗震稳定方面取得了大量的研究成果。其它动力问题：除地震荷载作用下土及土-结构物动力特性的研究之外，地基土在其它动力荷载作用下的强度及变形问题也得到极大的重视，如：机器基础的震动；近海结构物在波浪荷载作用下的动力响应分析；输电线路

16、基础、高层建筑物基础、大型桥梁基础在风荷作用下的稳定问题；软基上路堤在交通荷载作用下的变形问题，油罐地基在充水、排水的反复加卸荷作用下的稳定和变形问题等。6.3.1.2土动力特性研究的现状及其方法(1)研究历程Casagrande研究了加荷时间对土动力强度的影响；Taylor和Whitman则研究了应变速率对土强度的影响；关于砂土液化，Casagrande曾试图用临界孔隙比的概念解释砂土的液化现象；后来Seed和Lee以孔压值作为判断砂土是否发生液化的依据，并提出其后被广泛引用的“初始液化”的概念；70年代，Casagrande重新调整了以前提出的“临界孔隙比”的概念和试验方法，提出“流动结构

17、”的概念；我国学者黄文熙、汪闻韶对土的动力强度和液化特性进行了系统而深入的研究。70年代，随着近海重力式石油平台的大量兴建，研究者们的注意力集中在波浪等周期荷载作用下砂土液化的可能性和液化强度等问题，后来又注意到了孔隙水压力消散的影响。另一方面，周期荷载作用下粘性土性状的研究也取得较多的成果。低路提在交通荷载作用下的变形特性也早已引起人们的重视。近年来，各国学者从不同的方向对土动力学进行了深入研究。这些研究的主要内容包括:士的动力特性和本构关系；地震液化势与地面破坏；动土压力和挡土结构的抗震设计；土一结构动力相互作用；土坡和土坝的抗震稳定性；周期或瞬态荷载作用下的变形和强度问题等方面。(2)一

18、些新的思路：在以往的地震反应分析中，地震作用一般以水平剪切为主，将水平面近似作为最大剪应力作用面，地震产生的破坏就是在这些水平动剪应力作用下产生的。然而，日本阪神等地震的破坏形式表明竖向地震作用产生的破坏是相当大的。(3)关于土的动力性质及其基本理论研究土的动力特征及其描述动荷载作用下的应力应变关系是表征土动力性质的基本关系，也是分析土体动力失稳过程等一系列特性的依据。由于土具有明显的各向异性，加之土中水的影响，使土的动力应力应变关系表现出非线性、滞后性及变形积累等三种特征。骨干曲线与滞回曲线共同反映了土体应力应变全过程。地基土的液化问题自1964年日本新泻地震和美国阿拉斯加地震以来，液化问题

19、得到了逐渐认识和日益重视。液化是造成场地地震损害的首要原因之一，地震引起的地基失事约50%起因于液化。就无粘性土及粘粒含量较少的粉土而言，这种由固态向液态的转化是孔隙水增大而有效应力降低的结果。影响地基土液化的因素：土性条件、初始应力条件、动荷载条件、排水条件等。液化机理：砂沸、流滑和循环流动性三种形式。动力特性测试技术也得到较大发展原位测试技术包括：(a)震法勘测(跨孔法是其中之一)；(b)采用振荡器的表面波测试法；低频循环加载测试法；(d)动力旁压仪测试法；(e)根据地震记录，用反演分析法计算；此外还有一些简便易行的方法如，SPT试验、CPT试验、地震圆锥仪贯入试验(SCPT)电测技术等。

20、室内测试技术包括：(a)循环三轴试验。(b)振动剪切试验。(c)共振柱试验。(d)振动台试验。(e)离心模型试验。6.3.1.3 数值计算的基本方法和特点近年来，土动力学除在理论研究方面取得长足的进展外，在数值模拟和计算方面也取得了较大的发展，已发展了多种土的动力本构模型。根据所研究具体问题的不同可采用不同的本构模型。如按弹性、塑性和粘弹性进行分类则大致可分为：(1)弹性本构模型弹性模型使用方便，可用于土体应变量小的情况。弹性本构模型有三个明显的特征：(a)应变的弹性或可逆性；(b)应力与应变对应关系；(c)与应力或应变路径的无关性。(2)弹塑性本构模型动荷载作用下土体的塑性会增大，简化分析中

21、常用塑性模型。弹塑性本构关系来源于Hill(1950)提出的塑性理论的概念.对于塑性变形需要三方面的假设：破坏准则或屈服准则、硬化准则、流动法则。(3)粘塑性本构模型考虑土体在荷载作用下的时间效应时，可使用粘性模型。6.3.1.4 随机振动理论及地震振动系统的可靠性除确定性的分析方法之外，以地震响应分析方法、随机振动分析方法、动力可靠性为基础的动力分析方法也得到很大的发展，主要包括以下一些内容：(1)地震响应分析的一般方法地基受地震荷载作用的动力响应分析方法可分为两类：一类是确定性分析方法。地震时基岩运动的加速度是时间的已知确定性函数，在作用下，求上覆地层及地面结构物的动力响应，所求得的亦为时间的确定性函数；另一类是非确定性分析方法。（2）确定性系统的随机分析方法（3）非确定性系统的随机分析方法（4）动力可靠性分析方法6.3.2土的动应力-应变关系及其描述§应力波在地震工程学的应用?地震波类型-体波（运动特点、对结构作用）?纵波一一压缩波一一P波?横波一一剪切波一一S波-面波?瑞利波一一R波?勒夫波L波?地震波动理论?地震震级含义一一一次地震释放能量大小的度量多种震级定义- 里氏震级（1935）ML=logA-logA0近震?WoodAnderson地震仪、震中距R=1