探析弹性介质波动理论在岩土工程中应用

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1、探析弹性介质波动理论在岩土工程中应用　　摘要:随着弹性动力学的研究的进展以及学科交叉发展的需要，波动理论在岩土工程中的应用越来越广泛。通过回顾波动理论的发展历程，总结了工程波动理论在岩土工程测试中应用的主要方面以及最新研究的进展，对波动理论在岩土工程中进一步发展的趋势提出了展望。关键词：波动理论；岩土工程；声波测试；Abstract:Withthedevelopmentofresearchonelasticdynamicsandtheneedfortheinterdisciplinarydevelopment,wavetheoryappl

2、iedingeotechnicalengineeringmoreandmorewidely.Byreviewingthecourseofdevelopmentofwavetheory,thepapersummarizesthedevelopmentofthemainaspectsofthewavetheoryofengineeringapplicationingeotechnicalengineeringtestingandthelatestresearch,tothefurtherdevelopmentofwavetheoryingeo

3、technicalengineeringisthetrendwasputforward.Keywords:wavetheory;geotechnicalengineering;sonictesting;中图分类号：TU459+.3文献标识码：A文章编号：8波动理论的研究可以追溯到几百年以前，早期的研究常常关心的音乐的音调或者是水波等类问题，而且多半是凭借于感性观察而未能进入定量的分析。波动是一个非常广泛的研究课题，几乎所有学科和工程技术领域都包含着波动现象。如声波、水波、电磁波以及固体中得波等都从不同的物理系统来研究波动问题。简而言之，波

4、动就是扰动在介质中的传播，扰动总是具有某种能量的，因此波的基本特征之一就是能量在介质中得传递。1弹性介质中波动传播基本理论弹性介质的波动方程描述各种振动物理体系的运动方程，用偏微分方程表达如下：(1)在三维情况下，可引入拉普拉斯算子，弹性波的运动方程可写成：(2)通过求解弹性介质中的波动传播方程可以得弹性介质中的纵波（P波）、横波（S波）的波速计算公式：(3)(4)通过式（3）、式（4）可根据波速测试试验数据计算弹性模量和泊松比。82波动理论在岩土工程中的应用2.1岩土体声波测试声波测试技术具有测试快速、分辨率高、完全无损等优点，因此自引

5、入岩土工程中以来，得到了广泛的应用。2.1.1岩体弹性参数测试及性能评价根据波速和弹性参数的关系，可通过波速测试确定岩土体的动弹性参数；(5)式中：、为岩土体动弹性模量和动泊松比；、分别为岩土体的纵、横波速，为岩土体的密度。由于式（5）只适用于各向同性的岩土体介质，对于各向异性介质，如裂隙岩体，可将其视为正交各向异性或横观各向同性介质，利用主轴方向上的波速与弹性参数的关系进行弹性参数的声波测试。一般而言，岩体中波速传播速度越快，表面岩体越致密、坚硬、完整、分化程度低，反之波速越低，表明岩体越疏松、软弱、破碎，结构发育、风化严重、因此，可根

6、据岩体声波测试进行岩体结构分类。2.1.2围岩松动圈的确定8在岩体开挖过程中，开挖过程扰动了围岩初始应力状态,岩体表明应力释放，从而在岩体表面附近出现了一个由松弛向集中过度的层状分布地带,在工程中称为松动圈或松散层。松动圈的厚度直接影响岩体的稳定性，必须对其作定量的测定。由于波速测试操作简单，测试效果良好，因此许多学者通过声波波速的测试来确定围岩的松动圈或松散层，从而为围岩的稳定性和支护设计提供依据。如龚建伍结合大断面小净距鹤上隧道，采用声波法和多点位移计法对隧道围岩松动圈进行了测试分析，获得了整个隧道断面松动圈的分布，并基于测试结果，验

7、证了该隧道锚杆设计支护参数的合理性，从而为围岩松动圈支护参数的确定提供了依据和指导。陈庆法从层状岩体的力学特性、声波在层状岩体中的传播规律、围岩塑性区和剪裂区的分布特征3个方面，对缓倾薄层弱结构松动圈声波测试测孔布置的理论依据进行研究，提出声波测孔布置3项基本原则。并基于测孔布置的理论和原则，在工程中合理设计了声波测孔布置方式。2.1.3岩体注浆加固质量的评价为提高岩体的弹性模量，降低渗透率，提高隔水性能及岩体的完整性和稳定性，常对工程岩体进行灌浆、充填等加固处理，为了解加固处理的效果，可以通过声波测试技术灌浆工程等的加固效果进行评价。如

8、雷宛利用声波CT成像法对灌浆质量进行检测，并将检测结果和声波单孔、跨孔测试结果进行对比，结果表明声波CT成像测试结合其它测试方法对灌浆效果进行评价，结果准备、可靠。82.2工程材料及结构物的无