三维静应力对红砂岩应力波传播衰减特性的影响

论文摘要

工程岩体普遍承受三维地应力,静应力可以改变岩石内部的微观结构,进而改变应力波在岩石中的传播衰减特性。本文利用改进的霍普金森压杆装置对红砂岩试件进行应力波传播试验,基于不同的静应力加载方式,定性分析了三维静应力对岩石应力波传播衰减规律的影响,并通过理论分析与试验结果相互验证。主要研究内容及成果如下:(1)通过空冲试验测定了入射杆及透射杆的应力波波速,对比入射波与透射波,发现二者应力波波形重合且幅值一致,从而验证了试验方法的有效性。(2)相同围压下,随着轴压的增大,红砂岩的应力波波速呈现“快速增大—平缓发展—迅速减小”的变化趋势;透射系数由增大逐渐趋于平缓,并随之减小;反射系数绝对值逐渐降低而后开始增大。围压等级越高,岩石应力波波速和透射系数的峰值越大,反射系数绝对值的最小值越小,反射系数绝对值整体上呈现衰减趋势。岩石的应力波波速及透反射系数与轴压均具有二次函数关系。(3)相同轴压下,岩石应力波波速和透射系数随围压的增大而逐渐增大,透射系数的增大速率越来越小;反射系数绝对值随围压的增大而逐渐减小,减小速率逐渐缓慢。透射系数在低围压效应下先增大后减小,在高围压效应下逐渐增大,而反射系数绝对值的变化与之相反。岩石的应力波波速与围压正相关,透反射系数与围压有良好的二次函数关系。(4)利用试验得到的应力波波速与静应力的经验关系,结合应力波波速与密度的经验模型,得出波阻抗与静应力的关系:随着轴压的增大,波阻抗先增大后减小,且围压等级越高,波阻抗的峰值越大。不同轴压工况下,随围压的增大,波阻抗逐渐增大。当围压较小时,随着轴压等级的提高,同一围压值下的波阻抗先增大后减小;当围压较大时,随着轴压等级的提高,同一围压值下的波阻抗逐级增大。(5)根据一维应力波理论推导了透反射系数随波阻抗的变化趋势,联系波阻抗与静应力的关系,得到不同静应力工况下透射系数的理论值,并与相应的试验值进行对比,二者差值百分比在10%以内,验证了理论分析结果的正确性。研究成果不仅可以为地下岩体的物理参数测量提供新思路,还可以作为工程围岩体稳定性分析的理论参考,对于确保工程岩体开挖作业的安全高效具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 应力波在岩体中传播衰减特性的研究
•     1.2.2 静应力对岩石动态力学特性的影响
•     1.2.3 静应力对岩石应力波传播衰减特性的影响
•   1.3 主要研究内容与技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 三维静应力下的红砂岩应力波传播试验
•   2.1 岩石试件制备及物理力学参数测量
•     2.1.1 试件制备
•     2.1.2 试件抗压强度测量
•     2.1.3 试件孔隙度测量
•   2.2 应力波传播试验装置
•     2.2.1 动力冲击系统
•     2.2.2 静力加载系统
•     2.2.3 数据采集系统
•   2.3 试验方法
•   2.4 试验方法验证
•   2.5 试验结果
• 第三章 轴压对红砂岩应力波传播特性的影响
•   3.1 概述
•   3.2 定围压变轴压工况下应力波波速的变化
•   3.3 定围压变轴压工况下透射系数的变化
•   3.4 定围压变轴压工况下反射系数的变化
•   3.5 小结
• 第四章 围压对红砂岩应力波传播特性的影响
•   4.1 概述
•   4.2 定轴压变围压工况下应力波波速的变化
•   4.3 定轴压变围压工况下透射系数的变化
•   4.4 定轴压变围压工况下反射系数的变化
•   4.5 小结
• 第五章 三维静应力与岩石透反射系数间的理论模型
•   5.1 概述
•   5.2 应力波在不同介质界面的透反射
•   5.3 应力波在两界面间的多次透反射
•   5.4 理论分析与试验结果对比
•   5.5 小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王杰

导师: 金解放

关键词: 应力波传播,三维静应力,应力波波速,波阻抗,透反射系数

来源: 江西理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 江西理工大学

分类号: TU452

总页数: 79

文件大小: 6326K

下载量: 67