岩石动力学基础.ppt

在动载荷作用下，固体介质中各个微元全处于随时间变化的动态过程中，载荷可在极短时间间隔（ms、纳秒级）内达到很高数值（1010、1011、甚至1012秒-1量级），应变量高达102～107秒-1量级。微元的惯性和载荷同等重要，应力和应变等扰动以有限速度传播，当应力波到达材料的界面时发生反射和透射现象。随后在材料中发生入射波和反射波间复杂的相互作用。介质的运动过程就是应力波传播，反射和相互作用的过程，这个过程的特点主要取决于材料特性本构关系。冲击（shock）—动力、位置、速度和加速度等参数的急剧变化而引起的系统的瞬态运动。其特点是冲击激励参量的幅值变化快，持续时间比系统的固有周期短，频率范围宽。冲击在系统中会产生幅值很大的加速度和应力，并以波的形式在物体中传播。应力波的分类应力波在介质中传播，当介质的变形性质不同时，应力波不同：弹性波—参见第2节在弹性介质中传播的应力波，（伴随有能量传播）服从虎克定律的，弹性波的传播也称为声波的传播，弹性波为先驱波。STEP3STEP2STEP1粘弹性波—在非线性弹体中传播的波，波动产生弹性应力，摩擦力，粘滞力。塑性波—在应力超过弹性极限的介质中传播的应力波，当应力超过弹性极限后，应力波传播速度比弹性波小得多。冲击波—由于冲击而产生的应力应变在物体（介质）中的传播，见前：冲击定义。弹性波的分类4．弹性波的分类1）体波—在固体内部传播的弹性波。（1）纵波—体波中，质点振动方向与波传播方向一致的波，压力波（P波）产生压缩或拉伸变形，能在有压缩抗力的材料任何方向上传播。（2）横波—体波中，质点振动方向与波传播方向垂直的波，称拉力波或S波，它产生剪切变形，横波的传播依赖于材料的抵抗形状改变的能力，因而只能在固体中存在。2）面波—沿固体表面传播的弹性波，或沿着岩石内部断面传播的弹性波，面波有多种类型，其中瑞利波**山东科技大学（Rayleigh，R波）和勒夫波(Love，Q波)比较容易发现，其他类型的面波还不够清楚。瑞利波类似于纵波，勒夫波类似于横波。弹性波的波形区分质点作谐振动形成正弦波；不同振动频率的正弦波可分为：次声波—频率＜20HZ/S声波—频率20～2×104HZ/S超声波—频率＞2×104HZ/S特超声波—频率＞1010HZ/S弹性波在固体中的结构在弹性情况下，传播于岩石中的纵波和横波的波速可分别用下面的公式表示：（3-1）（3-2）Vp—纵波速度；—泊松比；Vs—横波速度；—岩石的密度；E—岩石（固体）的弹性模量。岩体弹性波速的测定*山东科技大学*三、岩体弹性波速的测定（一）室内图3-2横波检验方法图3-3现场实测（二）现场自学（三）岩体弹性波测定结果1．声波见表3－1见表3－21）变化大1300～7500m/s（纵波）。2）数量级103m/s。3）岩块Vp＞岩体。4）新鲜岩体Vp大。1弹性模量3动弹性量比静弹性模量（Ed）大百分之几～几十倍。2岩体完整，差值越小。4岩体动弹模15×103～50×103MPa。5E=j·Edj为折减系数。6实测图形。第二节影响岩体波速的因素*山东科技大学*Vp=0.35+1.88ρ见图3-6。（自学）密度大，纵波速度大，01弹性波速度与裂隙数目的关系：裂隙多，纵波速度越小见图3-8。夹层厚度：夹层厚度大，纵波速度降低越大。风化影响：风化高，纵波速度低。岩体波速与岩体中含有节面，裂隙或夹层的关系。02岩体波速与岩体有效孔隙率n，吸水率关系有效孔隙率增加，纵波速度急剧下降。见图3-9吸水率增加，纵波速度大降。见图3-1001各向异性对波速影响03垂直于层面的波速05见表3-6表3-7表3-802平行于层面的波速04波速段各向异性系数岩体受压应对弹性波传播的影响室内测试结果压力增大，纵波速度增大。见图3-11见图3-12见图3-13现场测试松动圈，低应力区纵波速度增长快，应力增大，纵波速度增长减缓，趋于一常数。山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大学山东科技大