频域分析方法在层状节理岩体波动问题中的应用

考虑波的多次反射,采用频域分析方法研究一维波在层状节理岩体中的传播问题。首先基于波动理论、线性位移不连续模型在频域内建立一维波沿多条平行节理传播的总体传递矩阵,结合边界条件解得层状节理岩体中一维波传播的频域解,然后采用离散傅里叶变换和反变换将频域解过渡到时域解,最后运用上述方法研究了SV波在不同间距、不同条数节理组处的传播,并与离散元程序UDEC模拟结果进行对比。结果表明：随节理间距增大,位移透射系数|T_N|(透射波与入射波振幅比值)的变化趋势呈现上升、下降、平稳3个阶段;在透射系数|T_N|呈上升阶段的节理区间内,透射系数|T_N|对节理条数依耐性很小;通过与UDEC计算结果对比表明本文求解方法是可行的。     

岩体弹性波测试中超声波与地震波速度差异研究

岩体弹性波测试大量应用于工程岩体质量评价。地震波和声波测试同属于弹性波测试范畴,但在实际测试工作中不同频率的弹性波速度不一致,不同的规范对声波的使用有不同的要求。文章通过对频率差别较大的地震波和声波传播原理的分析,介绍了弹性波测试理论;通过对辽宁某工程场地地震波和声波测试数据的对比研究,得出地震波速度和声波速度的差异规律,建立了此场地声波速度转换为地震波速度的非线性折减公式,并应用折减后的声波速度计算了岩体完整性系数。     

节理岩体单轴瞬态卸荷动态响应机理

为了研究深部节理岩体开挖瞬态卸荷力学响应及变形损伤规律,通过理论分析、室内试验、数值分析等技术手段,深入研究了深部节理岩体开挖中的瞬态卸荷力学机理及动力响应,探讨了瞬态卸荷和节理的相互作用机制,建立了可描述现场原位试验的数值模型。结果表明：在单轴瞬态卸荷的第1阶段中,岩体内不会产生拉应力,而在第2阶段中,反射拉伸应力波将动能完全转化为弹性势能,导致岩体内产生拉应力;当有节理存在时,卸载波会在节理处产生透反射现象,导致节理张开量与节理刚度呈负相关;在节理岩体的单轴瞬态卸荷第2阶段中,反射拉伸应力波传递至节理时,会导致节理大幅度张开,诱发岩体的位移突变现象。研究结果对于深入了解单轴瞬态卸荷作用下岩体的力学响应机制具有重要意义,为开展深部岩体瞬态卸荷研究提供了重要的参考依据。     

层状地基中Rayleigh波频散方程改进的解析法

通过引入势函数,推导了Rayleigh波（R波）在层状地基中的频散方程及其改进的解析法;由频散方程的计算特点,在频率一波数域（f—k域）内应用Bisection算法,快速、准确地搜索R波频散方程的根;通过研究不同类型层状地基中R波的高阶频散曲线,修正了解析法不能有效计算软夹层或硬夹层地基的说法;最后,将得到的频散曲线与已有频散曲线作了对比,结果表明本方法能合理地分析R波在层状地基中的频散特性。     

岩体中弹性波速度及其应用研究

从岩体弹性波的传递速度入手，分析岩体中影响弹性波速度的因素有岩体弹性波频率、视速度（除了射线方向以外的任意方向观测到的波速）、岩体中的含水量差异、岩体的结构构造等。用岩体中测得的弹性波速值对岩体的质量进行评价时必然会出现什么是岩体弹性波的真波速及如阿评价和处理测得的弹性波波速值？采用什么方法评价岩体质量？等问题。在明确视速度概念的扩展、岩体弹性波速、岩石弹性波速、岩体的完整性系数几个名词的含义基础上，建议进行岩体质量评价中，采用岩体的完整性对岩体进行结构分类，列出了岩体的完整系数与岩体结构类型、工程地质特征的对应关系。根据岩体波速与岩体力学参数的关系，给出了计算岩体的静弹模和岩体抗压强度的经验公式。     

非贯通平行节理对岩石力学性质影响的颗粒流分析

为探究节理密度与节理倾角对岩石主要力学性质的影响,依据室内预制节理岩体试验生成颗粒离散元模型。模拟结果表明,岩石峰值强度与弹性模量会随着节理密度的增加呈现先减小后增加的变化趋势。随着节理密度的增加,岩体的破坏模式由以张拉破坏为主转变为以拉剪复合破坏为主,但节理倾角对岩石破坏模式的影响并不明显。     

节理岩体的代表单元集合体模型及弹性参数预测

本文明确提出了节理岩体“代表单元集合体”的概念和模型，通过对节理岩体的“代表单元集合体”进行数值模拟，研究了节理岩体的“代表单元集合体”的变形特性，建立了节理岩体的弹性模型，提出了预测节理岩体宏观等效弹性参数的计算机模拟方法，并将其应用于岩体工程稳定性分析中。     

含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

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。     

非贯通节理岩体单轴压缩试验研究

对不同节理倾角、不同节理连通率的预制节理圆柱形岩体试样进行单轴压缩试验。结果表明:试样的强度、变形特性及破坏模式与节理构造形态密切相关;在不同节理连通率下,不同角度的非贯通节理试样的力学特性均表现出各向异性特征,随着节理连通率的增大,各向异性特征越来越明显,岩体峰值强度逐渐下降,岩体在弹性阶段的最大弹性模量也逐渐降低;相应地,试件的破坏模式也变得更加复杂,随着节理连通率的增大,应力-应变曲线的斜率逐渐减小,曲线出现多个峰值,且有较明显的屈服平台;非贯通节理岩体峰值强度和弹性模量随节理连通率的非线性变化规律,可分别采用二次和三次多项式函数表示,其系数与节理倾角有关;非贯通节理试样的裂纹变化特征与节理连通率、节理倾角有着密切的联系。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标( 总能量、弹性应变能及耗散能) 的充填效应。研究结果表明: 节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大; 完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段; 完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

填充对节理岩体力学特性及能量演化的影响研究

能量耗散引起节理岩体裂纹启裂、扩展、贯通及最终的破坏。为探寻充填对节理岩体力学及能量特性的影响,基于岩石能量耗散理论及单轴压缩试验结果,研究了充填对节理岩体强度特征、变形特征、破坏模式及能量演化的影响机制。此外,分析了节理岩体的能量演化机制及峰值点各能量指标(总能量、弹性应变能及耗散能)的充填效应。研究结果表明:节理使得岩样的力学参数明显劣化,而充填使得节理岩样的峰值强度、峰值应变及弹性模量均有所增大;完整岩样损伤演化划分为初始损伤阶段、稳定损伤阶段、损伤平稳阶段、加速损伤阶段及损伤破坏阶段,而节理岩样和充填节理岩样则分为六阶段,即增加了突变损伤阶段;完整岩样、充填节理岩样及节理岩样峰值点的平均弹性应变能依次在减小,但减小幅度明显降低。研究成果可为岩体工程类环境灾害的预警与防控提供科学依据。     

爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟

为了得到爆炸应力波在层状节理裂隙岩体中的传播与能量衰减规律,以便更好地研究围岩结构动力稳定性,以凤凰山铁矿为研究背景,建立了2种巷道模型:一种在巷道上方预设2个平行的水平节理,另一种不含节理。通过进行相似理论与试验研究和FLAC^3D数值模拟软件的非线性动力反应对比分析,在输入爆破荷载后,分析在不同时刻和位置时,完整岩体的地质力学模型和节理岩体的地质力学模型的爆炸应力波质点速度。结果表明:爆炸应力波在节理岩体中的衰减比在完整岩体中的衰减快;在同一质点处,各方向上的衰减各不相同,并且2种方法的结果几乎相同。研究成果为爆破应力波规律的把握和对巷道进行支护提供了重要的理论依据。     

岩体体积节理数的统计方法及其在围岩分级中的应用

基于测线法而统计的一维空间的节理密度,对测线的方位较敏感,且难以全面反映节理在三维空间内的发育情况,通常难以达到足够的精确度。岩体体积节理数J^_v是对节理密度的三维统计,能较好地反映节理密度。目前国内外比较流行的几种围岩分级方法中,其评价指标都与岩体体积节理数J^_v有着重要的关联。准确获得岩体体积节理数J^_v对于围岩分级有着非常重要的作用。介绍了各种岩体的岩体体积节理数的统计方法及其在 RMR 法、 Q 法、 GSI 及 BQ 法围岩分级系统中的应用,并结合工程实践对其进行运用。     

节理接触面积和厚度对应力波传播特性 影响的颗粒流数值模拟

节理最重要的两个参数是接触面积和厚度，应用ＰＦＣ2Ｄ颗粒流软件开展了节理岩体动力特性的 数值模拟，研究了节理接触面积和节理厚度对应力波传播特性的影响。通过比较模拟参数和实际参数 证实ＰＦＣ2Ｄ有能力模拟应力波的传播特性。然后考虑到纵波在无节理情况下也存在衰减，进行了模拟分 析。最后将模型分成两组节理厚度，每组都有不同的节理接触宽度比例。最终通过对颗粒流模型的计 算分析得出:无节理情况下纵波在各向同性岩体中存在线性衰减特性；节理的接触宽度比例的减少会使 纵波的传播率减少；节理的厚度越大，纵波的传播率越小。     

非贯穿性节理对岩体单轴抗压强度的影响

灵活运用ANSYS/FLAC3D等软件构建含有非贯穿性节理岩体的圆柱体试件。通过对比分析含单一结构面岩石的单轴压缩数值试验结果与已有研究成果,论证了此方法模拟裂隙岩体的合理性。在此基础上,通过模拟不同倾角和尺寸的圆柱体试件的单轴压缩试验,揭示了非贯穿性节理对岩体试件抗压强度的影响,以及含不同倾角的非贯穿性节理岩体单轴抗压强度的尺寸效应特征。当非贯穿性节理倾角为45°~60°时,试件单轴抗压强度存在最小值;当倾角为90°时,试件单轴抗压强度最大,即当非贯穿性节理与岩体受力方向平行时,对岩体单轴抗压强度影响较小;不同尺寸岩体试件单轴抗压强度随非贯穿性节理倾角的变化规律基本一致。含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度受节理倾角的影响较大,其变化规律与含贯穿性节理的岩体相似。除倾角90°岩体外,含非贯穿性节理的岩体单轴抗压强度存在明显的尺寸效应特征。     

瑞雷波频散曲线在勘察中的应用研究

瑞雷面波物探技术已经广泛应用于工程勘察领域,要深入掌握瑞雷面波传播方程,研究瑞雷面波频散特性。通过设置不同的波速、层厚、密度等岩土参数建立地质波速模型。运用Fortran计算机编程语言进行计算和反演,得出不同模型下的面波频散特性曲线。频散曲线的拐点与模型数据的表层土层厚度较为接近,表明面波能够勘察出地层厚度,验证了半倍波长法进行勘察的合理性。工程实例的讨论分析,表明瑞雷面波测试能够得到岩土层的波速、场地类别,能够较好的划分地层。     

饱和度对横观各向同性准饱和多孔介质中弹性波传播的影响

基于Biot两相孔隙介质理论，研究了饱和度对横观各向同性准饱和介质中弹性波传播的影响。横观各向同性双相多孔介质中存在4种不同波速的平面体波：第一准纵波(QP1)、第二准纵波(QP2)、准横波(QSV)和反平面横波(SH)，文中分别研究了不同饱和度下这4种波的波速、衰减和频散，结果显示，饱和度的变化对弹性波的传播有显著影响。文中把数值计算结果用图表形式列出，并试图从理论上对结果进行深入的探讨，得到一些有益的结论。     

频率域速度谱中提取面波的多模频散曲线方法

从面波记录中提取出多模频散曲线更加有利于分析和解释瑞利面波的频散特征。常用方法有F～K分析法和τ～p变换法,前者提取精度较低而后者实现过程复杂,另外两者的结果还受频率带宽影响。针对上述两种方法存在的不足,提出了一种在频率域速度谱中提取面波多模频散曲线的方法。结果表明：该方法最直接、提取的精度高、分析的频率范围更宽。     

惠州抽水蓄能电站厂房区岩体节理网络分形研究

惠州抽水蓄能电站厂房区岩体内发育有多组不同方向的节理，这些节理的发育对岩体工程质量有重要的影响，该文根据在探硐内节理统计的结果，利用分形几何方法求出岩体节理网络分维值，并在此基础上对岩体工程质量进行评价。     

考虑水软化作用的非贯通共面节理岩体直剪试验的离散元分析

水软化作用会使得岩体内的胶结物溶解、腐蚀,引起节理岩体宏观力学特性的劣化。为探究水软化作用对节理岩体力学特性的影响机理,本文将考虑水软化、化学风化因素的岩石微观胶结接触模型引入到离散元中并模拟了非贯通共面节理岩体的直剪试验,根据得到的剪应力-应变曲线、胶结破坏数-位移曲线以及破坏后的微观信息,从宏微观角度分析了不同饱和度下法向应力及节理连通率对节理岩体力学性质的影响。模拟结果表明：在同一饱和度时,节理岩体的峰值剪应力与法向应力的关系满足摩尔库伦定律,饱和度的增长对岩体剪切强度的影响主要是使节理面及岩桥的黏聚力降低。节理岩体的破坏以岩桥与节理面的贯通为标志,在岩桥区域产生张裂缝及贯通的剪切裂缝,且拉力链主要集中在岩桥区域。