应力波穿越分形节理时的透反射规律研究

为探讨应力波穿越不规则节理时的透反射规律,先借鉴分形损伤理论,建立分形损伤本构关系;在此基础上,基于线性位移不连续体模型,引入分形损伤本构,推导应力波穿越非规则节理时透反射系数的解析解,给出透反射系数与分形维数间的理论表达式。通过激光表面仪对节理进行扫描试验,分析节理面的分形几何特征,采用SHPB节理岩石冲击动力学试验手段,探讨应力波穿越单一分形节理时的透反射规律,并将解析解与试验结果进行对比分析,研究结果显示,透反射系数的试验值与理论值之间误差较小,表明所建立的分形损伤本构关系与推导的应力波穿越分形节理的解析解是正确的。

应力波在非线性变形节理处传播规律的颗粒流模拟研究

岩体节理会对岩体中应力波的传播产生显著影响,研究节理岩体中应力波的传播规律对于爆破破岩、抗震与防爆等均具有重要实际意义和理论价值。运用FISH语言对光滑节理模型中的细观节理法向刚度进行修改,建立了具有非线性变形特性的岩石节理颗粒流模型,模拟分析了应力波在非线性变形节理处的传播特性,获得了节理刚度、应力波振幅和应力波频率对透反射系数的影响规律,并从细观角度揭示了应力波与节理相互作用的机理。结果表明:节理刚度对应力波透反射系数会产生较大影响,刚度越大透射系数越大,反射系数则越小。当节理刚度达到某一临界值后,透射系数增长缓慢并趋于稳定值;入射波幅值越大,透射系数越大,反射系数则越小;应力波透射系数随入射波频率的增加而减小,节理表现出高频滤波特性。

围压对红砂岩应力波传播特性的影响

围压可以改变岩石内部微观结构,导致波阻抗发生变化,进而影响应力波在岩石中的透反射能力。为探索围压对岩石应力波传播特性的影响,通过一维应力波理论推导,得到了岩石应力波透射系数和反射系数随波阻抗值的变化关系。用红砂岩制备短试件和长试件,基于动静组合加载实验系统进行不同围压下的应力波传播试验,分析岩石的纵波波速、波阻抗、反射系数和透射系数与围压的关系。根据岩石波阻抗与围压的经验模型,结合理论分析所得的透射系数与波阻抗的关系,得到不同围压下透射系数的理论值,并与相应的试验值进行对比,证明理论分析结果的正确性。综合分析了岩石的纵波波速、波阻抗、透射系数和反射系数与围压的关系,得到围压对红砂岩应力波传播衰减特性的影响规律。结果表明,岩石短试件和长试件的纵波波速及波阻抗与围压之间均具有正向相关性。随着围压的增加,短试件反射系数的绝对值逐渐减小,透射系数逐渐增大,长试件的透射系数逐渐减小,透射系数和反射系数均与围压呈二次函数关系。纵波波速、波阻抗、透射系数及反射系数与围压的关系都表明,增大围压有利于应力波穿过岩石,减小其幅值的衰减。

应力波斜入射黏弹性节理的传播规律

应力波在岩体中传播规律的研究是岩石动力学的重要课题之一。基于应力和位移皆不连续的假定,针对充填节理的黏弹性特性,建立P波和S波斜入射单个充填节理的频域形式的透反射系数方程组。通过数值计算和参数分析,进而讨论入射角、入射波频率以及节理刚度等参数对应力波斜入射充填节理透反射规律的影响,而入射波参数和充填节理动态特性参数的合理选取是确定透反射系数的关键。

河道对爆破地震波传播规律的影响分析

跨河道传播爆破地震波的问题在水电工程建设中较常见,通过理论分析,计算了爆破地震波通过河道水体时的透反射情况,通过动力有限元数值模拟,讨论了河道内有水和无水两种情况下,地震波通过基岩传播引起的两岸地面质点及河道表面质点的峰值震速分布情况。通过数值模拟结果可知,在爆破地震波跨河道传播中,不考虑水体影响时岩体内各点的峰值震速较考虑水体影响情况下的峰值要大。理论计算结果和不考虑水体影响时的数值计算结果是偏于安全的。

西安地裂缝界面处地震波传播规律

地裂缝是黄土地区的一种典型地质灾害,地震波在地裂缝场地中的传播规律是工程界比较关心的一类问题。为了研究地震波在地裂缝处的传播规律,引用西安地区地裂缝界面的等效刚度系数和裂缝面的接触面连续条件,基于运动方程的基本解答,在考虑转换波产生的前提下得出了求解西安地裂缝处地震波透反射系数的频域方程组。对入射角、入射波频率和地裂缝介质等效力学参数的变化对地震波传播规律的影响进行了分析。结果表明,地裂缝对地震波的传播起到了一定的高频滤波作用,当入射波频率较低时波动的传播主要以透射波为主;等效法向刚度只影响P波的传播,等效切向刚度对P波和SV波都有影响;相对于法向刚度,切向刚度的变化对的透反射系数的影响更为明显。

超高压串补输电线路的频率特性仿真与分析

主要对超高压串补输电线路的串补系统及串补线路区内外故障时行波信号在频域上的透射系数和反射系数及其幅频特性进行了详细的仿真分析。结果表明,串补系统对低频信号分量衰减较为严重,且串补度越大,衰减越严重。串补线路区内和区外故障时行波高频信号会出现明显差异,且差异的大小与线路边界的频率特性有关。

SH波在地裂缝界面处的传播规律

在弹性力学和波动理论的基础上,运用时域和频域计算方法分析出平面SH波穿越地裂缝介质时的传播规律。通过引入地裂缝界面等效切向刚度等有关参数,对出平面波传播的频域及时域分析方法进行对比验证,分析地裂缝界面的等效切向刚度、入射波频率、入射角和裂缝面剪切强度对穿越地裂缝时出平面SH波的传播规律的影响。多个参数的交叉对比分析结果表明,等效切向刚度或入射角度越小,地裂缝界面的低通滤波效应越明显。裂缝面的剪切滑移导致透射波速在达到临界值时被截止。输入实际地震波时,随着透射系数的减小,透射波幅值减小不明显但波形变化较大;反射波幅值和波形将逐渐趋近入射波,但相位相对于入射波存在一定的滞后。为得到真实有效的波动传播规律,采用线性内插对波动时程数据进行处理,结果表明本文方法不会影响计算的精度。

含节理岩体爆破过程中应力波传播与裂纹扩展的数值研究

岩体中存在着大量自然形成的节理,这些节理导致岩体的力学性质、振动、渗透、能量传递等多种性能发生改变.爆炸应力波在含节理岩体中的传播与衰减也随着发生改变,进而影响工程爆破的效果及安全性.对含节理岩体的爆生裂纹扩展与爆炸应力波传播规律进行研究,通过建立含节理岩体的爆炸数值模型得到节理两侧岩体的有效应力和振动速度,并利用应力波的波动理论与能量密度理论计算出节理的透反射系数和透反射能量比.在此基础上研究节理几何参数(节理填充物厚度D、爆源到节理的法向距离R、爆源到节理的竖向距离H、节理倾角θ)对含节理岩体爆生裂纹扩展的影响以及上述参数与节理的透反射系数和透反射能量比关系.结果表明当节理位于裂纹区且爆源到节理的竖向距离H与法向距离R之比H/R=1时,节理的反射系数及反射能量比处于最大值,切应力成为此范围内影响节理面损伤的主要因素;节理近爆侧岩体的破碎区域面积与节理填充物厚度D成正相关;节理近爆侧岩体的破碎区域面积与爆源到节理的法向距离R和爆源到节理的竖向距离H成负相关;当节理位于裂纹区时,节理对岩体的爆破碎岩效果影响最大.

考虑岩体应力的结构面中应力波传播特性分析

应力波在含结构面岩体中的传播一直是岩石动力学的一个重要课题。深部岩体应力会影响岩体结构面的力学特性,进而影响应力波的传播规律。基于时域递归分析方法,首先对考虑岩体应力情况下应力波与非线性岩体结构面的相互作用进行了分析,推导出了波的传播方程。研究中假定岩体结构面法向满足非线性双曲变形模型(Barton-Bandis模型,简称B-B模型),切向满足库仑滑移模型。其次,对一些特殊情况,如结构面水平或垂直分布、波阵面水平分布等,进行了计算模型和波的传播方程的简化分析。通过对比,发现岩体应力对应力波的传播特性有明显的影响。最后,参数研究分析了岩体应力特性、节理特性及入射波频率等对透、反射系数的影响规律。

聚氨酯夹芯板发泡缺陷电磁超声导波快速检测

聚氨酯夹芯板在生产中因发泡不均容易在聚氨酯泡沫层形成空洞型缺陷,直接影响其保温效果,为此提出了一种从金属板外侧实施的电磁超声SH导波检测的快速检测方法。通过理论分析、解析推导、仿真计算和试验验证,建立了聚氨酯夹芯板中的SH导波透反射比系数与激励参数之间的关系,结果表明,当磁铁间距为4.5 mm时,控制SH0导波入射角度为75°,能够得到最佳的检测效果。同时也进一步验证了SH0导波接收信号幅值与缺陷面积、缺陷深度均基本上呈线性关系。在此基础上,提出了一种可应用于实际检测的缺陷当量大小评价方法。通过评价公式进行修正,可消除因收、发探头之间距离变化引起的缺陷信号评价波动问题,这对于后期实现缺陷定位具有较好的指导作用。

黏弹性节理岩体中应力波的传播特性分析

为探究黏弹性节理对应力波在岩体中传播规律的影响,引入饱依丁-汤姆逊模型作为位移不连续条件,基于时域递归方法推导出应力波通过一组平行黏弹性节理的传播方程;通过将饱依丁-汤姆逊模型退化为Maxwell模型和Kelvin模型所得的时域递归数值解与已有的频域内封闭解对比,验证推导过程的正确性;最后,对相关参数的影响规律进行分析。结果表明:模型无量纲系数、无量纲节理厚度、无量纲节理间距和入射角等都对波的传播产生影响;对于单条节理,应力波的透反射系数以及能量耗散率主要取决于位移不连续模型的无量纲参数、入射角及无量纲节理厚度;而对于一组平行节理,透射系数还和平行节理数与节理间距的大小有关,且节理条数的增加对入射临界角位置处透射波振幅的衰减影响更为明显。

应力波穿过节理传播规律综述

应力波穿过节理传播规律研究对能源矿业安全开采有着非常重要的意义.理论研究方面,学者们提出了特征线法、时域递归法、等效介质法和虚拟波源法等研究方法,结合节理本构关系和对应边界条件,导出速度波、应力波的递归方程,给出考虑节理参数影响的应力波透反射系数的数值解.在总结已有研究成果基础上,探讨了应力波在节理传播领域未来可能面临的研究热点和难点,并为该领域的下一步研究方向提出了粗浅建议.

应力波作用下含大型结构面岩体垮塌动力失稳机制

不连续结构面对爆炸应力波在岩体中的传播有很大影响,研究应力波作用下含大型结构面岩体动力垮塌失稳机制,为含结构面等地质构造条件下岩体开采及稳定性控制提供理论依据。以冬瓜山铜矿56–8#矿房采场回采诱发相邻56–7#矿柱采场垮塌为工程背景,建立结构面剪切滑移失稳力学模型,基于莫尔–库仑强度准则,采用理论分析方法计算了爆炸应力波通过结构面的透、反射系数,分析应力波通过结构面的应力响应特征;推导结构面发生剪切滑移的能量判据及应力判据,获得结构面的发生剪切失稳的条件。通过对结构面抗剪强度参数进行不断弱化,研究了微差爆破对结构面的破坏规律。研究表明:(1)入射角在一定范围内,反射波不发生相位延迟现象,并且在此入射角范围内,能量耗散系数大于0,结构面发生剪切滑移;(2)结构面是否发生剪切滑移失稳与结构面抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)及应力波入射角、爆源距结构面距离有关;爆源距结构面的距离越远,结构面的抗剪强度参数越大,越不容易发生剪切滑移失稳。(3)微差爆破造成结构面强度参数不断弱化,使其发生剪切破坏变得容易,当结构面参数达到了发生剪切滑移的临界条件时,则56–7#矿柱采场发生垮塌。

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。

柱面波在含节理岩体中传播的UDEC模拟

柱面波是岩体工程爆破中常见的波动形式之一,研究其传播规律对于岩体工程开挖及地下结构安全有重要意义。首先,采用离散元程序UDEC对柱面波在含线弹性节理岩体中的传播特性进行数值模拟研究。建模时通过在模型底部设置半圆柱状空腔实现柱面波的加载。之后,分别对无节理以及含单个节理的岩体中柱面波的传播进行模拟,并将数值结果与相应的理论结果进行对比,结果表明,UDEC能够准确有效地模拟柱面波在节理岩体中的传播。然后,分析节理刚度、入射波频率和监测点位置等因素对单节理岩体中柱面波透反射系数的影响规律。参数研究表明,监测点的位置变化会通过影响波的几何衰减和改变波的入射角度共同影响柱面波的传播特性;节理刚度在一定范围内会对透反射系数有显著影响,当刚度取值较大时影响较小,此时应力波主要以透射为主;频率影响分析再次印证了节理通低频、阻高频的特性。最后,对柱面波在一组节理中的传播特性进行研究,并且对影响波传播的因素展开分析。结果表明,节理间距和节理数量共同影响着波的传播特性。