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含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

丁英勋 王志亮 黄佑鹏

丁英勋,王志亮,黄佑鹏. 含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20190529001
引用本文: 丁英勋,王志亮,黄佑鹏. 含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟[J]. 水利水运工程学报 doi:  10.12170/20190529001
(DING Yingxun, WANG Zhiliang, HUANG Youpeng. 3D simulation of stress wave propagation in jointed rock mass with filling joint[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20190529001
Citation: (DING Yingxun, WANG Zhiliang, HUANG Youpeng. 3D simulation of stress wave propagation in jointed rock mass with filling joint[J]. Hydro-Science and Engineering(in Chinese)) doi:  10.12170/20190529001

含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

doi: 10.12170/20190529001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51579062,51379147)
详细信息
    作者简介:

    丁英勋(1997—),男,安徽桐城人,硕士研究生,主要从事岩石动力学方面研究。E-mail:364109655@qq.com

  • 中图分类号: TU 45

3D simulation of stress wave propagation in jointed rock mass with filling joint

  • 摘要: 为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透(反)射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透(反)射曲线,则在给定节理数目时,其透(反)射系数总大(小)于临界透(反)曲线上对应的透(反)射系数数值。
  • 图  1  应力波透射的等效波阻抗示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of equivalent wave impedance for stress wave transmission

    图  2  应力波通过充填节理计算模型

    Figure  2.  Calculation model of stress wave through the filling joint

    图  3  阻尼曲线

    Figure  3.  Damping curve

    图  4  AB测点速度时程曲线

    Figure  4.  Velocity time curves of points A and B

    图  5  充填节理厚度对透射、反射系数影响

    Figure  5.  Influence of joint filling thickness on transmission and reflection coefficient

    图  6  岩杆不同时刻速度云图

    Figure  6.  Velocity contour of rock bar at different time

    图  7  节理的视倾角、倾向方位角示意图

    Figure  7.  Diagram of dd and dip of joints

    图  8  不同α角度下的纵波透射系数

    Figure  8.  Transmission coefficients at different dips

    图  9  不同α角度下的纵波反射系数

    Figure  9.  Reflection coefficients at different dips

    图  10  不同αβ下的透射系数

    Figure  10.  Transmission coefficients with different α and β

    图  11  不同αβ下的反射系数

    Figure  11.  Reflection coefficients with different α and β

    图  12  不同间距倍数下的透射、反射系数()

    Figure  12.  Transmission and reflection coefficients at different spacing multiples(T和R2位小数)

    图  13  不同节理数目下的透射系数(T和R2位小数)

    Figure  13.  Transmission coefficient under different joint number

    图  14  不同节理数目下的反射系数(T和R2位小数)

    Figure  14.  Reflection coefficient under different joint number

    图  15  不同厚度下的透射、反射系数随频率的变化(T和R2位小数)

    Figure  15.  The transmission and reflection coefficients vary with frequency at different thickness

    表  1  岩石与充填材料物理力学参数

    Table  1.   Physical and mechanical parameters of rock and filling materials(/不能在开头)

    材料密度/(kg·m−3)体积模量/MPa剪切模量/MPaP波波速/(m·s−1)S波波速/(m·s−1)波阻抗/(kg·m−2·s−1)
    岩石2 60046. 8×10328.3×1035 7003 3001.48×107
    充填物质1 50064.433.72701504.05×105
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  • 收稿日期:  2019-05-29

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