第3章岩石动力学基础第1节.ppt

?第三章 岩石动力学基础; 惯性力不可忽略的状态属于岩体动力学研究范畴，低应变率的静态为岩体静力学研究范畴，而极低应变率的蠕变状态则是岩体流变力学研究的内容。因此，区别岩体静力学和动力学只是在于岩体应变率的大小，静力学的研究对象并非处于静止状态，只是处于低应变率状态，确切地讲是处于准静态。;第一节 岩石的波动特性 ;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。;冲击波 如果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度大，在介质中就会形成波头陡峭的、以超声速传播的冲击波,导致介质的压强、温度、密度等物理性质的跳跃式改变。通常指核爆炸时，爆炸中心压力急剧升高，使周围空气猛烈震荡而形成的波动。冲击波具有很大的破坏力，是核爆炸重要的杀伤破坏因素之一。 岩石在受到扰动时在岩体中主要传播的是弹性波，塑性波和冲击波只有在振源才可以看到。;2.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：压力波、初至波、Primary波） 质点振动的方向和传播方向一致的波它产生压缩或拉伸变形。 （b）横波（又称拉力波、次到波、Second波) 质点振动方向和传播方向垂直的波产生剪切变形。 （2）面波：仅在岩石表面传播。 质点运动的轨迹为一椭圆，其长轴垂直于表面，这样的面波又称为瑞利波。 面波速度小于体波，但传播距离大。;3 振 动;广义振动：任一物理量在某一数值附近作周期性变化时，称该物理量在作振动。（如交流电的电流、电压等）;3.1.1 弹簧振子的振动 ;由胡克定律及牛顿第二定律:; 一个运动物体，它的加速度a 与它离开平衡位置的距离x 恒成正比, 而方向相反，那么此物体一定作简谐振动。;3.1.3 描述简谐振动的特征量 简谐振动通常用周期、振幅、相位三个特征量来描述. 周期T ：物体完成一次全振动所需的时间。 频率? ：物体在单位时间内完成振动的次数。;; (2) 振幅 A;①(?t +? )是t 时刻的相位。;t = 0;(1) 质元并未“随波逐流” ,波的传播不是介质质元的传播。;;二、一维波动方程 (wave equation) ;同样x+?x处的弹力f2为 ;二、弹性波在固体中的传播 拉梅运动方程 (不计体力) ;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：;若已知 ，侧可根据上两式推出求动弹性模量 和动泊松比 ，即： ;注：若 分辨不清，则可用 （一般可用 　　静泊松比代替）求 ，则 　若 ＝0.25时， ＝1.73 经过各方面试验验证， 一般在1.6～1.7 　之间。;三、岩体弹性波速得测定;;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究所建议用下述方法： ;;（二）岩体声波传播速度的现场测定;;（三）岩体弹性波测定结果;;根据实验结果整理的岩体动弹性模量见表（3－2）; 动弹性模量与静弹性模量的比值 一般来说，岩体越坚硬越完整，则差值越小，否则，差值就越大。 根据对比资料的统计，动弹性模量比静弹性模量高百分之几至几十倍，如图3－4所示。 从动弹性模量的数字来看，多集中在 之间。 ;图 3-4