第三章 岩石动力学基础.pptx

纵波(Longtitudinal wave)是质点振动方向与波传播方向一致的波,又称胀缩波、无旋波,地震学中也称初波或P波。
以平面纵波为例,设纵波沿x轴正向传播,u=u(x,t)为质点沿x方向的位移,t为时间变量,则波动方程为:
式中C1为纵波速度,
其中, x、G为弹性方法的拉梅常数,G又称剪切模量;
、 E分别为介质的泊松比和弹性模量;
为介质密度。
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在固体和粘性质气体介质中既能发生纵波,又能发生横波,而在理想气体介质内部只能产生纵波,其波速计算公式为:
, K为介质的体积弹性模量。
皮波就是在空气中传播的纵波。
弹性波(elastic wave)
应力波的一种,是扰动非外力作用引起的应力和应变在弹性介质中传递的形式,并伴有能量传递。
在无限介质中传播的波称为体波。按传播方向和介质质点振动方向之间的关系,体波分为纵波和横波。
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体波传播到两弹性介质的界面上,即发生向相邻弹性介质深部的折射和向原弹性介质深部的反射。
此外,还有一类沿着一个弹性介质表面或四个不同弹性介质界面上的传播的波称界面波。
工程中岩石的动力学特性(问题)
,通常假定在外力作用下是静止的,所以,考虑问题的角度一般是静力学的。
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,载荷常具有动力特性,用静力学原理方法来解决问题不合适。
例地震作用下岩石边坡和岩基稳定。
隧洞围岩和衬砌结构的安全。
构筑在岩层中的导弹发射架能否使用。
修建大型水库是否存在诱发地震。
诱发地震后,水库岩石边坡稳定性。
核武器爆炸后,岩层和防护工程受力和振动效应。
岩层中进行爆破作用时,附近建筑物、隧洞、边坡以及岩层自身的稳定性。
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第一节岩石的波动特性
一、固体应力波的类型
——某种扰动或某种运动参数或状态参数(例,应力变形、振动、温度)的变化在介质中的传播。
(stress wave)
应力和应变等机械扰动在可变形固体介质中的传播形式。地震波、固体中的声波和超声波、爆炸和高速碰撞等动载荷作用下固体中应力和应变扰动的传播等都是常见的应力波。
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在动载荷作用下,固体介质中各个微元全处于随时间变化的动态过程中,载荷可在极短时间间隔(ms、纳秒级)内达到很高数值(1010、1011、甚至1012秒-1量级),应变量高达102~107秒-1量级。微元的惯性和载荷同等重要,应力和应变等扰动以有限速度传播,当应力波到达材料的界面时发生反射和透射现象。随后在材料中发生入射波和反射波间复杂的相互作用。介质的运动过程就是应力波传播,反射和相互作用的过程,这个过程的特点主要取决于材料特性本构关系。
冲击(shock)—动力、位置、速度和加速度等参数的急剧变化而引起的系统的瞬态运动。
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其特点是冲击激励参量的幅值变化快,持续时间比系统的固有周期短,频率范围宽。
冲击在系统中会产生幅值很大的加速度和应力,并以波的形式在物体中传播。

应力波在介质中传播,当介质的变形性质不同时,应力波不同:
1)弹性波—参见第2节在弹性介质中传播的应力波,(伴随有能量传播)服从虎克定律的,弹性波的传播也称为声波的传播,弹性波为先驱波。
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2)粘弹性波—在非线性弹体中传播的波,波动产生弹性应力,摩擦力,粘滞力。
3)塑性波—在应力超过弹性极限的介质中传播的应力波,当应力超过弹性极限后,应力波传播速度比弹性波小得多。
4)冲击波—由于冲击而产生的应力应变在物体(介质) 中的传播,见前:冲击定义。
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1)体波—在固体内部传播的弹性波。
(1)纵波—体波中,质点振动方向与波传播方向一致的波,压力波( P波)产生压缩或拉伸变形,能在有压缩抗力的材料任何方向上传播。
(2)横波—体波中,质点振动方向与波传播方向垂直的波,称拉力波或S波,它产生剪切变形,横波的传播依赖于材料的抵抗形状改变的能力,因而只能在固体中存在。
2)面波—沿固体表面传播的弹性波,或沿着岩石内部断面传播的弹性波,面波有多种类型,其中瑞利波
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(Rayleigh,R波)和勒夫波(Love ,Q波)比较容易发现,其他类型的面波还不够清楚。瑞利波类似于纵波, 勒夫波类似于横波。

1)质点作谐振动形成正弦波;
2)不同振动频率的正弦波可分为:
(1)次声波—频率<20HZ