應力條件下含缺陷巖體中彈性波傳播的研究.pdf

1、彈性波測試技術是采礦工程、地質勘探、地震探測和水利隧道工程等諸多領域常用的技術之一。彈性波在巖體中的傳播不僅受到內部結構的影響，還與其所處的應力場息息相關。所以在實際工程中，考慮應力場對彈性波波速和衰減的影響是十分必要的。本文結合理論和實驗，研究了巖體內缺陷邊界應力和巖體外載荷作用與彈性波的聯(lián)系。
　　本文首先進行了載荷作用下三種不同復雜介質的不同頻率聲波的測試，揭示了彈性波在含不同內部結構的介質中的傳播規(guī)律。利用EPS混凝土模擬

2、含孔洞的巖體，研究了孔洞尺寸和含量對彈性波波速的影響;通過鋼纖維增強水泥砂漿的聲波實驗，探討了聲波在既含孔洞又有夾雜的介質中傳播的規(guī)律。同時，引入了一種相對波速的方法揭示了波速與頻率和載荷的關系;基于泡沫鋁壓縮過程中孔洞變形易于觀察的特性，應用數(shù)字圖像相關方法得到全場應變，然后使用weibull分布函數(shù)進行擬合，將weibull參數(shù)和波速變化相聯(lián)系，建立了孔洞-應力-波速三者間的關系。
　　基于單橢圓裂紋模型，引入缺陷內邊界應力條

3、件，模擬巖體中存在不同缺陷內含物的情況。根據(jù)應力是否隨裂紋張開位移改變，將內邊界應力條件分為等應力邊界條件和等剛度應力邊界條件，應用模型計算研究了不同應力邊界下彈性波速和衰減的規(guī)律。發(fā)現(xiàn)等應力作用只影響低頻區(qū)的波速和衰減，使低頻區(qū)波速產(chǎn)生頻散;等剛度的應力作用時，低頻區(qū)、瑞利散射區(qū)和共振散射區(qū)的波速和衰減都受到影響。
　　通過在主裂紋附近配置一個與之成特定方向位置的次裂紋，考慮兩裂紋間相互作用，建立了能夠考慮部分多重散射效應的雙橢

4、圓裂紋缺陷模型。發(fā)現(xiàn)當兩裂紋距離越近，多重散射效應越強，頻散越弱;當裂紋間距離很遠時，“雙缺陷”模型計算結果和單次散射一致，說明孔隙度很低時，裂紋間多重散射能夠忽略不計。同時，研究了巖體的孔隙度、缺陷尺寸等與工程實際相關的參數(shù)對彈性波傳播的影響。最后，在“雙缺陷”模型中引入了缺陷內邊界應力條件，研究了不同缺陷內含物與彈性波之間的聯(lián)系。
　　最后，利用兩種方法對載荷下鋼纖維增強水泥砂漿中聲波波速進行了模擬研究。在細微觀上，考慮孔洞和