节理岩体力学参数的波动测试法

摘要

当前我国经济建设发展迅猛，基础建设如高速公路、铁路、工业与民用建筑、水利水电等工程中会遇到复杂的岩体，准确获取岩体力学参数对工程设计、施工以及建设维稳有着重要作用，为此开展应力波在岩体中的传播规律研究，提出节理岩体力学参数测试方法，该研究成果为快捷测试工程岩体变形参数提供了途径。
　　本文针对不同尺度的节理岩体，提出相应的力学参数测试法，在江西德兴铜矿进行现场试验，测试了节理岩体力学参数。
　　针对实际工程大尺度节理岩体参数难以测试，将节理岩体等效为 Kelvin介质，采用岩体内钻孔爆破产生应力波、地表接收震动信号试验方案，分析应力波在岩体的传播过程，提出基于应力波时空衰减规律测试节理岩体参数方法，测试结果为：节理岩体黏性系数为2.18 MPa·s，动态弹性模量为2.52 GPa；采用钻孔弹模仪原位测试节理岩体静态弹性模量为1.58 GPa，动态弹性模量是静态弹性模量的1.6倍。
　　选取厚度较小的节理为研究对象，将节理等效为标准线性固体模型，研究应力波在节理岩体的传播规律，提出基于波形变化规律测试节理法向刚度、法向黏性系数的方法。研究结果表明：节理具有低通滤波特性；波形变化系数随着法向刚度、法向黏性系数的增加而减小；现场试验测试节理参数时，子波有效频率范围为800~1200 Hz，采用波形变化系数量化入射侧计算波形与实测波形差异时，测试节理法向刚度为1.03 GPa/m，法向黏性系数为5.7 MPa·s。
　　针对力学参数渐变型软弱夹层，将其抽象为损伤度按照二次曲线规律变化的介质，建立应力波在软弱夹层的传播模型，提出软弱夹层弹性模量测试方法。研究结果表明：采用波形变化系数量化入射侧计算波形与实测波形差异时，随夹层峰值损伤度的增加，波形变化系数先减小后增加；波形变化系数达到最小值时，确定夹层峰值弹性模量为2.14 GPa；随子波主频的增加，夹层动态峰值弹性模量近似线性增加，线性拟合得静态峰值弹性模量为0.74 GPa；基于变形相等原则计算夹层的等效弹性模量为4.24 GPa。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

1.4技术路线

第二章 节理岩体弹性模量测试

2.1 岩体黏性系数测试

2.2 节理岩体弹性模量动力测试

2.3 节理岩体弹性模量的静力测试

2.4 本章小结

第三章 黏弹性节理参数测试

3.1 P波垂直入射节理模型

3.2 P波传过节理透射系数变化规律

3.3 子波传过节理的波形变化规律

3.4 节理参数测试

3.5 本章小结

第四章 岩体软弱夹层弹性模量动力测试

4.1 应力波在含软弱夹层岩体的传播模型

4.2 透射系数的变化规律

4.3 Ricker子波传过软弱夹层的波形变化规律

4.4 软弱夹层弹性模量测试方案

4.5 软弱夹层弹性模量的计算及变化规律

4.6波速测试软弱夹层弹性模量

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果