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非贯通节理介质波传播特性和损伤特性研究

马立新  
【摘要】: 在岩土工程中遇到了许许多多的岩土工程动力学问题,其中有很大一部分要涉及到岩体中的波传播问题。而其中最复杂、最突出的问题就是波在裂隙处的传播问题。本文研究的重要意义在于首次对加载过程中非贯通裂隙介质的波传播问题做出了有益的探索和试验研究工作。 本文以静载下裂隙对波传播的影响为主要研究目标。首先,依据摩尔库伦摩擦定律描述岩石界面强度,研究了应力波与用节理刚度系数描述的线性滑移岩石界面间的相互作用,给出了其透、反射波幅的一般表达式。然后采用石膏和水泥沙浆类岩石材料模型试件模拟节理裂隙介质,对不同裂隙倾角下的非贯通裂隙试件的声波特性进行了超声波试验研究;测试和分析了在应力控制和应变控制两种加载控制条件下纵波在裂隙介质中传播的声速、首波波幅、最大波幅在不同应力水平下的衰减规律和裂隙倾角与试样强度的关系。最后得到在应力控制和应变控制条件下(可以得到全应力-应变关系曲线)超声波波速对应力水平不敏感,首波波幅与最大波幅与应力水平具有良好的相关性,并能反映加载过程中,试样的损伤过程;以及声波波幅与声波传播方向上的有效面积成正比;最后得到试样连通率对试样的强度存在很大影响。结合以上的成果提出了裂隙介质的损伤模型,推导了裂隙介质的损伤张量,并通过单轴静载试验验证了此模型。


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