節(jié)理動態(tài)閉合變形性質及應力波在節(jié)理處的傳播.pdf

1、在“973”項目(2002CB412703)子課題的資助下，本文從試驗、理論和數值模擬三方面對節(jié)理動態(tài)閉合變形性質和應力波在節(jié)理處的傳播規(guī)律進行了深入而系統(tǒng)的研究。 首先，在Instronl342型電液伺服材料試驗機上對表面含兩排鋸齒、三排鋸齒和四排鋸齒的人工節(jié)理試樣和與節(jié)理試樣具有相同幾何尺寸的無節(jié)理試樣進行了法向壓縮試驗、循環(huán)壓縮試驗和4種不同頻率(0.005Hz、0.01Hz、0.05Hz和0.1Hz)載荷作用下的動態(tài)壓縮

2、試驗，獲得了加載頻率和表面形態(tài)對節(jié)理閉合變形性質的影響規(guī)律。 用五種常用的函數方程對節(jié)理動態(tài)壓縮試驗數據進行擬合，找出了用來描述人工節(jié)理動態(tài)壓縮閉合變形性質的最佳經驗模型。通過對試驗數據的分析，研究了模型參數與載荷頻率之間的關系，從而建立了考慮率效應的節(jié)理動態(tài)經驗本構模型，并進行試驗驗證。 從波的彈性位移方程出發(fā)，推導了線彈性位移不連續(xù)模型，然后引入節(jié)理非線性法向變形本構關系和等效位移假設，建立了節(jié)理非線性位移不連續(xù)模型

3、。依據所建立的非線性模型，獲得了縱波在非線性法向變形節(jié)理處傳播的透、反射系數的解析解。利用該解析解，研究了節(jié)理初始剛度、節(jié)理閉合量與最大允許閉合量的比率以及入射波頻率對透、反射系數的影響規(guī)律，與他人的數值計算結果吻合很好。 通過對應力波與張開節(jié)理相互作用過程的分析，在忽略張開節(jié)理閉合時的動能且假設其同時完全閉合的基礎上，建立了應力波在張開節(jié)理處傳播的簡化模型，利用該模型，研究了應力波幅值、空隙寬度、入射角、波阻抗比和應力波持續(xù)時

4、間對正弦波、矩形波和三角形波在張開節(jié)理處傳播時的能量傳遞系數的影響規(guī)律。 在研究了模型參數：單元尺寸、邊界條件、剛度系數、系數β、節(jié)理本構模型和節(jié)理有無抗拉強度對三維離散元(3DEC)動態(tài)建模結果的影響的基礎上，用3DEC對垂直入射一維正弦剪切波和壓縮波在無節(jié)理、含一線性變形節(jié)理、含二平行線性變形節(jié)理和含夾層的巖體中的傳播進行了模擬，并對模擬結果進行了分析。 在工程應用方面，依據邊坡的實際幾何形狀，考慮邊坡體內部的節(jié)理及

5、不同巖體間的力學性質的差異，建立了某礦高陡露天節(jié)理巖質邊坡的三維離散元計算模型，對邊坡在自然狀態(tài)下的穩(wěn)定性和爆破載荷作用下的動態(tài)響應進行分析，并用現場監(jiān)測數據對計算結果進行檢驗。 本文運用現代的實驗技術手段、數力學方法和三維離散元模擬工具，深入地研究了節(jié)理動態(tài)閉合變形性質和應力波在節(jié)理處的傳播規(guī)律，該研究將是對巖石動力學理論更進一步的完善，對更好地把巖石動力學理論應用到工程實踐中去從而正確地評價巖體工程和地下結構的動力穩(wěn)定性有著