平面P波入射含结构面岩体并引起地表面的振动研究

爆炸产生的应力波在岩体中的传播对地下洞穴/隧道设计和施工及采矿等建筑活动具有重要影响,当波传播至地表面将引起地表运动,也对地表的建、构筑物的安全稳定产生威胁。所以,对此方面的研究一直受到很大的关注。采用时域递归方法分析应力波在岩体结构面及地表面之间的传播,并求得地表面的振动响应。首先,基于波阵面动量守恒,分析一组平面P波斜入射线弹性结构面以及平面P,S波斜入射地表面2种情形下波与作用面的交互关系。接着,分析了应力波在结构面与地表面之间多次反射以及各个波的传播情况。考虑到波在结构面中的透反射和在地表面的反射以及波传播过程中的时间偏移,在时域范围内得到到达地表面各个波的递归方程。通过波的传播方程推导出各应力波引起的地表面振动速度的表达式。借助叠加原理,得到地表面上任意质点的振动速度。

P波在非线性交叉节理岩体中的传播特性研究

岩体中的节理常会呈现交叉分布,使得应力波的传播极其复杂。通过理论和数值模拟方法对平面P波在具有非线性特性的交叉节理中的传播特性进行了研究。首先,采用时域递归分析法分析2条交叉节理之间多重反射波的传播过程,结合叠加原理建立了平面P波在2条交叉节理中的传播方程。其次,采用UDEC程序对2条交叉节理中的波传播进行了数值模拟,对比发现,理论结果与数值计算结果非常接近。然后,采用数值方法建立了平面P波在2组交叉节理中传播的计算模型。最后,对影响波传播的一些参数进行了分析。结果表明,节理刚度、节理分布以及入射波频率等都影响波的传播过程;交叉节理不同监测点处的透反射系数也不尽相同。提出的理论方法为分析应力波在交叉节理中的传播提供了新的思路,但该方法仍有很多局限,对于复杂工况,可以采用数值模拟方法。