岩石力学课件---4.岩体的力学性质20061106.ppt

第 四 章 岩 体 的 力 学 性 质 四、原位岩体变形参数测定-动力法(弹性波法) 岩体动弹性模量Ed的测定： 采用小量药包爆炸激发地震波，在距震源一定距离设置检波器，检测弹性波。根据弹性波波速算出动弹模Ed和动泊松比μd。 式中：vp,vs纵波波速和横波波速，ρ为岩体密度。 一般而言：Ed Ee , μd μ。 地表震动 小 结 岩体的结构； 岩体的强度-抗压、抗剪与三轴强度； 岩体的破坏机理-拉与剪 岩体的变形特性； 岩体的剪切特性-屈服点以下，变形曲线与压缩变形相似。以后，岩体内某个结构面和结构体可能首先被剪坏，随之出现一次应力降，峰值前可能出现多次应力降。当应力增加到一定程度，没被剪坏部位以瞬间破坏的方式出现，并伴有一次大的应力降，然后可能产生稳定滑移。 小结 原位岩体变形参数测定 测定岩体的变形指标E、μ，测定σ－ε关系。 岩体现场变形试验方法：静力法-表面承压板法，动力法-弹性波法。 岩体的动力学特性：岩体对动荷载（爆破等）产生的振动所反映出的力学特性. 波的分类：弹性波、粘弹性波、塑性波与冲击波；在岩体中传播的主要为弹性波。弹性波（应力波、地震波、声波等）在岩体中传播特性都属于岩体动力学特性。 弹性波分类: 1、按表现形式分为面波与体波，勒夫波与瑞利波；纵波与横波； 2、按频率分为超声波、声波、次声波与地震波； 弹性波在岩体中传播时会发生反射与折射、绕射和散射； 弹性波在传播过程中会发生能量衰减，其品质因素Q为：在一周期内的总能量与振动消耗的能量之比（相对消耗量）。 影响弹性波传播的因素：结构面，岩性、地质年代与风化程度, 岩体应力状态, 温度等. 声发射（Acoustic Emission）是材料破坏时发出声波的现象。利用这种现象研究岩体的破坏过程和预报岩体破坏。 凯塞效应（Kaiser)：当岩体受外力作用所产生的应力未超过该岩体历史上曾经受过的最大应力时，声发射活动不明显，而当岩体受外力作用所产生的应力超过该岩体历史上曾经受过的最大应力时，声发射活动突然加剧，而且各个方向受力都如此。这种现象称为凯塞效应。 D、电火花外触发方式 这种触发方式与钻孔内触发方式相同。 4、岩体弹性波波速测定 （1）岩块弹性波速度室内测定 D、电火花外触发方式 纵波速度： 横波速度： 式中：D—岩石试件两端面的间距； tp、ts—纵波和横波在两端面间传播的时间。 （2）岩体弹性波速度的现场测定 D、电火花外触发方式 纵波速度： 横波速度： 式中：D—声源和测点间的距离； tp、ts—纵波和横波传播的时间。 5、岩体弹性波速度测定的应用 （1）测定岩体动弹性参数、岩体的完整性和各向异性 （2）测定坑洞围岩松动圈厚度 （3）测定岩柱的稳定性 （4）测定岩层分布和风化破碎情况 （5）测定地层层位 （6）检测岩体加固质量 三、 声发射（AE）技术 声发射（Acoustic Emission）是材料破坏时发出声波的现象。利用这种现象研究岩体的破坏过程和预报岩体破坏。 凯塞效应（Kaiser)：当岩体受外力作用所产生的应力未超过该岩体历史上曾经受过的最大应力时，声发射活动不明显，而当岩体受外力作用所产生的应力超过该岩体历史上曾经受过的最大应力时，声发射活动突然加剧，而且各个方向受力都如此。这种现象称为凯塞效应。 （一）、岩石声发射特征 1、声发射信号特征 （1）岩石声发射具有随机性，无规律。 （2）每次声发射信号的波形都不完全相同。 （3）岩石声发射信号有很宽的频带，从零点几～上兆Hz。 （4）岩石声发射的频谱为分离的尖峰，尖峰出现在某些频 率附近，而其他频率分量为0，其振幅也是离散的。 2、岩石破坏声发射全过程特征 岩石破坏声发射全过程的4个阶段： （1）开始加载阶段（AB），原始裂纹闭合，有声发射信号出现。 （2）继续加载(BC），试件产生线性应变声发射信号逐渐上升，但上升幅度较小。 （3）裂纹稳定扩展阶段（CD）。原始裂纹开始活动，声发射迅速上升。 （4）裂纹非稳定扩展阶段（DF）。裂纹扩展速度加快，形成宏观破裂，声发射信号突然加剧达到最大。 3、声发射信号检测 （1）岩石声发射检测参数 A、累计活动（N）：记录一定时间间隔的声发射次