节理岩体二维位移非连续介质模型研究

论文摘要

经历了漫长且复杂的地质年代,自然界中的岩体在复杂的物理化学等变化下形成了具有一定形态、成分各异的地质体,在这些地质体中发育形成了许多不连续面。在地壳上部,最常见的岩石构造是节理。岩石若在断裂面处没有明显位移,岩石此处断裂面称为节理。波在节理岩体中传播的探究方法中,位移不连续法是时域分析的一种新方法,用于分析波传播的复杂性。本文针对波在节理岩体中的传播规律并利用合适的模型进行系统的研究,主要取得以下研究成果:1、时域分析相较频域分析有更强的直观性、稳定性和抗干扰能力,结合节理岩体的力学参数拓展分析,应力波在节理岩体中形成过程和传播规律对岩体结构有一定的影响。当波以不同的状态斜入射节理时,影响波传播的各种变量与波速的衰减之间存在函数关系。比如分析节理倾角与应力波峰值速度,应力波与反射系数,透射系数,衰减系数之间的关系,结果很明显的表明,由于节理本身的各向异性,在一定程度上阻碍了应力波的传播。2、在节理变形的非线性行为,考虑多条节理岩体中波的传播,波在多条平行节理中传播时,传播过程多样,透射和反射复杂。根据平行节理岩体中波传播方法,建立位移不连续介质传播理论模型,通过时域递推法分析相邻节理间波的传播过程,推导纵波和横波斜入射岩体节理的传播方程。3、利用数学的方法和利用MATLAB软件分析波衰减,通过参数化研究,根据所推导的方程分析入射角、节理间距、波速、节理数及其他外在因素等都影响着波在多个节理间的传播。同时考虑更多其他因素,比如节理间距、渗透率、节理分布,节理填充物等岩石微观特征,这些都将影响波传播。本文研究结果表明:通过建立的二维位移非连续介质模型和对参数的研究揭示了节理岩体中波传播的机理和过程。该方法可用于计算不同入射条件下的透射系数和反射系数、冲击角和加载时间,相比其他研究的计算结果,本研究的计算结果也得到了可供参考的规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 课题的科学意义和应用前景
•   1.2 国内外研究现状分析
•   1.3 研究内容和创新点
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 创新点
• 第二章 波在岩体中传播的基本理论
•   2.1 岩石介质中波的传播
•     2.1.1 弹性波的传播
•     2.1.2 弹性动力学问题的定解方程和适定性
•     2.1.3 二维问题概述
•     2.1.4 反平面剪切问题和面内问题
•   2.2 弹性平面波的斜入射
•   2.3 波斜入射平行节理的问题描述
• 第三章 波穿过节理的位移非连续介质模型建立
•   3.1 节理和波传播之间的相互作用分析
•   3.2 波在节理处传播的模型建立
•   3.3 时域递推方法下波传播方程的建立
•   3.4 波在节理间传播的时域递推过程分析
•   3.5 波斜入射一个节理的传播方程
• 第四章 时域递推方法下波传播相关参数分析
•   4.1 波通过单个节理的传播与衰减及参数分析
•   4.2 波斜入射一组平行节理相关参数与波形变化分析
•     4.2.1 节理个数对波传播的影响
•     4.2.2 入射角度对波传播的影响
•     4.2.3 加载时间对波传播的影响
• 第五章 总结与展望
•   5.1 主要结论
•   5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张亚琼

导师: 余闯

关键词: 节理,位移非连续介质模型,时域递推方法,波形变化,透反射系数

来源: 温州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,地质学,建筑科学与工程

单位: 温州大学

分类号: TU45;O347.4

总页数: 58

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