節(jié)理動態(tài)閉合變形性質(zhì)及應(yīng)力波在節(jié)理處的傳播.pdf

1、在“973”項目(2002CB412703)子課題的資助下，本文從試驗、理論和數(shù)值模擬三方面對節(jié)理動態(tài)閉合變形性質(zhì)和應(yīng)力波在節(jié)理處的傳播規(guī)律進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究。 首先，在Instronl342型電液伺服材料試驗機(jī)上對表面含兩排鋸齒、三排鋸齒和四排鋸齒的人工節(jié)理試樣和與節(jié)理試樣具有相同幾何尺寸的無節(jié)理試樣進(jìn)行了法向壓縮試驗、循環(huán)壓縮試驗和4種不同頻率(0.005Hz、0.01Hz、0.05Hz和0.1Hz)載荷作用下的動態(tài)壓縮

2、試驗，獲得了加載頻率和表面形態(tài)對節(jié)理閉合變形性質(zhì)的影響規(guī)律。 用五種常用的函數(shù)方程對節(jié)理動態(tài)壓縮試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，找出了用來描述人工節(jié)理動態(tài)壓縮閉合變形性質(zhì)的最佳經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，研究了模型參數(shù)與載荷頻率之間的關(guān)系，從而建立了考慮率效應(yīng)的節(jié)理動態(tài)經(jīng)驗本構(gòu)模型，并進(jìn)行試驗驗證。 從波的彈性位移方程出發(fā)，推導(dǎo)了線彈性位移不連續(xù)模型，然后引入節(jié)理非線性法向變形本構(gòu)關(guān)系和等效位移假設(shè)，建立了節(jié)理非線性位移不連續(xù)模型

3、。依據(jù)所建立的非線性模型，獲得了縱波在非線性法向變形節(jié)理處傳播的透、反射系數(shù)的解析解。利用該解析解，研究了節(jié)理初始剛度、節(jié)理閉合量與最大允許閉合量的比率以及入射波頻率對透、反射系數(shù)的影響規(guī)律，與他人的數(shù)值計算結(jié)果吻合很好。 通過對應(yīng)力波與張開節(jié)理相互作用過程的分析，在忽略張開節(jié)理閉合時的動能且假設(shè)其同時完全閉合的基礎(chǔ)上，建立了應(yīng)力波在張開節(jié)理處傳播的簡化模型，利用該模型，研究了應(yīng)力波幅值、空隙寬度、入射角、波阻抗比和應(yīng)力波持續(xù)時

4、間對正弦波、矩形波和三角形波在張開節(jié)理處傳播時的能量傳遞系數(shù)的影響規(guī)律。 在研究了模型參數(shù)：單元尺寸、邊界條件、剛度系數(shù)、系數(shù)β、節(jié)理本構(gòu)模型和節(jié)理有無抗拉強(qiáng)度對三維離散元(3DEC)動態(tài)建模結(jié)果的影響的基礎(chǔ)上，用3DEC對垂直入射一維正弦剪切波和壓縮波在無節(jié)理、含一線性變形節(jié)理、含二平行線性變形節(jié)理和含夾層的巖體中的傳播進(jìn)行了模擬，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。 在工程應(yīng)用方面，依據(jù)邊坡的實際幾何形狀，考慮邊坡體內(nèi)部的節(jié)理及

5、不同巖體間的力學(xué)性質(zhì)的差異，建立了某礦高陡露天節(jié)理巖質(zhì)邊坡的三維離散元計算模型，對邊坡在自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性和爆破載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行分析，并用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對計算結(jié)果進(jìn)行檢驗。 本文運用現(xiàn)代的實驗技術(shù)手段、數(shù)力學(xué)方法和三維離散元模擬工具，深入地研究了節(jié)理動態(tài)閉合變形性質(zhì)和應(yīng)力波在節(jié)理處的傳播規(guī)律，該研究將是對巖石動力學(xué)理論更進(jìn)一步的完善，對更好地把巖石動力學(xué)理論應(yīng)用到工程實踐中去從而正確地評價巖體工程和地下結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性有著