應力波在節(jié)理巖體中傳播模型實驗研究.pdf

1、本文的實驗研究工作是在《地下技術與巖石工程》(UndergroundTechnology and Rock Engineering(UTRE))項目的資助和引導下完成的?！兜叵录夹g與巖石工程》項目是由新加坡國防科學技術委員會與新加坡南洋理工大學防護科學技術中心共同研究開發(fā)的科研項目。 世界上有許多中小國家像新加坡一樣，由于國土面積十分缺乏，已經嚴重制約了該國的社會經濟的進一步發(fā)展，所以地下空間的開發(fā)和利用變得越來越重要。通常情況

2、下，所開發(fā)的地下空間結構都會深入到地下巖層甚至巖屋以下，而且要求在普通的爆炸或者地震荷載作用下結構仍然能夠安全使用，然而地下結構的安全狀態(tài)和性能在很大程度上依賴于周圍地質材料的性質和狀態(tài)，所以從這個目的出發(fā)，研究工程巖土的靜力屬性和動力特性，以及相關的地下空間結構開發(fā)利用問題，都是十分有必要的。 天然巖體與大多數(shù)工程介質材料不同，除了介質材料本事，其中還存在大量不連續(xù)面，包括如斷層、節(jié)理、裂隙等不同的尺寸形態(tài)，在巖石工程中統(tǒng)稱為

3、節(jié)理。巖石節(jié)理的存在造成了巖體的不連續(xù)和不均勻，進而顯著地影響了巖體的各種工程性質，包括其力學性質，震動、滲透以及熱傳導性能。所以要解決巖體相關的問題就必須考慮節(jié)理的影響，以至于怎樣研究和解決節(jié)理及其對巖體性質的影響，在巖石工程力學中也顯得越來越為重要。 本文出于項目研究需要，依據一維彈性波的傳播規(guī)律，通過霍普金森桿實驗模擬應力波在節(jié)理花崗巖體介質當中的傳播，結合Bukit Timah地區(qū)花崗巖的工程地質條件，分析了影響花崗巖節(jié)

4、理對應力波傳播的各方面因素。經比較分析，篩選出三個主要的、對應力波傳播影響較大的因素：節(jié)理寬度、節(jié)理層填充物的含水量、以及入射波能量等因素，即確定為實驗模型研究考慮的模擬因子。 分離式霍普金森壓桿裝置依靠其精確的測量能力，已經成為當代用于測試材料動態(tài)響應的權威性實驗技術方法。為了取得較好的試驗結果，實驗中霍普金森桿裝置在傳統(tǒng)裝置的基礎上改進，主要是采用花崗巖材料的霍普金森桿，另外，用于產生應力波的沖擊錘是一套自制的擺錘。通過以上

5、裝置和實驗，進行應力波在節(jié)理巖體中傳播模型實驗研究。 基于因素采用霍普金森桿裝置對模型節(jié)理進行動態(tài)實驗，結果表明，當應力波透過單層節(jié)理傳播時，應力波的透射率將隨著節(jié)理層厚度的增加而減小，并隨著填充細砂含水量的增加而減小，且隨著入射波能量的增加而增加。 將實驗得到的動態(tài)和靜態(tài)實驗中的模型節(jié)理的應力一應變關系對比動態(tài)實驗結果發(fā)現(xiàn)，由于動態(tài)實驗條件下的加載率較大，模型節(jié)理層當中的應變隨應力增加的幅度往往比靜態(tài)實驗條件下的大，即