应力波在节理岩体中传播模型实验研究

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1、广西大学硕士学位论文应力波在节理岩体中传播模型实验研究姓名：韦晓乾申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：张信贵;马国伟20070501应力波在节理岩体中传播模型实验研究摘要本文的实验研究工作是在《地下技术与岩石工程》(UndergroundTechnologyandRockEngineering(UTRE))项目的资助和引导下完成的。《地下技术与岩石工程》项目是由新加坡国防科学技术委员会与新加坡南洋理工大学防护科学技术中心共同研究开发的科研项目。世界上有许多中小国家像新加坡一样，由于国土面积十分缺乏，已经严重制约了该国的社会经济的进一步发展，所以地下空间的开发和利用变得越来越重要。通常情况

2、下，所开发的地下空间结构都会深入到地下岩层甚至岩层以下，而且要求在普通的爆炸或者地震荷载作用下结构仍然能够安全使用，然而地下结构的安全状态和性能在很大程度上依赖于周围地质材料的性质和状态，所以从这个目的出发，研究工程岩土的静力属性和动力特性，以及相关的地下空间结构开发利用问题，都是十分有必要的。天然岩体与大多数工程介质材料不同，除了介质材料本事，其中还存在大量不连续面，包括如断层、节理、裂隙等不同的尺寸形态，在岩石工程中统称为节理。岩石节理的存在造成了岩体的不连续和不均匀，进而显著地影响了岩体的各种工程性质，包括其力学性质，震动、渗透以及热传导性能。所以要解决岩体相关的问题就必须考虑节理的影响

3、，以至于怎样研究和解决节理及其对岩体性质的影响，在岩石工程力学中也显得越来越为重要。本文出于项目研究需要，依据一维弹性波的传播规律，通过霍普金森杆实验模拟应力波在节理花岗岩体介质当中的传播，结合BukitTimah地区花岗岩的工程地质条件，分析了影响花岗岩节理对应力波传播的各方面因素。经比较分析，筛选出三个主要的、对应力波传播影响较大的因素：节理宽度、节理层填充物的含水量、以及入射波能量等因素，即确定为实验模型研究考虑的模拟因子。分离式霍普金森压杆装置依靠其精确的测量能力，已经成为当代用于测试材料动态响应的权威性实验技术方法。为了取得较好的试验结果，实验中霍普金森杆装置在传统装置的基础上改进，

4、主要是采用花岗岩材料的霍普金森杆，另外，用于产生应力波的冲击锤是一套自制的摆锤。通过以上装置和实验，进行应力波在节理岩体中传播模型实验研究。基于因素采用霍普金森杆装置对模型节理进行动态实验，结果表明，当应力波透过单层节理传播时，应力波的透射率将随着节理层厚度的增加而减小，并随着填充细砂含水量的增加而减小，且随着入射波能量的增加而增加。将实验得到的动态和静态实验中的模型节理的应力一应变关系对比动态实验结果发现，由于动态实验条件下的加载率较大，模型节理层当中的应变随应力增加的幅度往往比静态实验条件下的大，即当模型节理层当中产生的应力大小相同时，砂层在动态实验条件下产生的应变比较大。关键词：节理岩体

5、；应力波；影响因素；分离式霍普金森压杆llSTUDYOFTESTINGMoDELoNSTRESS、7lEAvEPRoPAGATIoNINRoCKWITHJoINTABSTRACTThestudiesinthisthesisaresupportedandorientedby(trrRE)programwhichisajointR&DprogrambetweentheDefenseScienceandTechnologyAgency(DSTA)andtheProtectiveTechnologyResearchCen

6、仃e(PTRC)，NanyangTechnologicalUniversity．InmanycountriessuchasSingapore，thesurfacelandisveryscarce．Whilethecountyisrapidlydevelopingbotheconomicallyandsocially,thelimitedlandspacemayobstructfurtherdevelopmentinthefuture．Sotheuseofundergroundstructureshasbecomeincreasinglyimportant．Inmanycases，thesest

7、ructuresareembeddedinrockorunderrocklayers．Andthesestructuresareevenrequiredtooperatesafelyunderhighstrainrateconditionssuchasthosecausedbyexplosionsorearthquake．Thebehaviorandsafetyofundergroundstruc