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基于三单元模型分析P–波在充填结构面处的传播规律
  • ISSN号:1000-6915
  • 期刊名称:《岩石力学与工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TU45[建筑科学—岩土工程;建筑科学—土工工程]
  • 作者机构:[1]武汉理工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430070, [2]武汉理工大学道路桥梁与结构工程重点实验室,湖北武汉430070, [3]中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室,湖北武汉430071
  • 相关基金:国家自然科学基金青年基金项目(51609183,11602284);中国博士后面上基金项目(2015M582289)
中文摘要:

考虑含充填软弱结构面的接触界面与充填材料的共同变形,提出三单元模型描述充填结构面。结合特征线法,推导建立一维P–波在含充填结构面岩体中的传播方程,并与已有理论进行了对比验证,然后展开了入射波频率、接触界面刚度、充填厚度以及充填材料属性对应力波传播规律的参数讨论。最后,基于应力–应变均匀假定,将厚度较薄的充填结构面等效于无厚度位移不连续模型,较厚的充填结构面等效于位移连续的软弱夹层,通过分析等效节理的刚度和等效夹层的弹性模量,反推得到充填结构面的法向变形特性的影响。研究结果表明,采用三单元描述充填结构面是可行的,同时接触界面刚度、充填厚度以及充填材料属性三参数对透射系数均存在一个阈值,当参数值大于该阈值时,其对透射系数的影响较小。透射系数与接触界面刚度和充填材料的波速正相关,而与充填厚度呈负指数函数关系。等效刚度和等效弹模均随着接触界面的刚度增加而增加。随着充填材料的波速增加,等效刚度迅速增加后趋向稳定,稳定值与充填厚度以及接触界面刚度密切相关。

英文摘要:

Considering the deformation of filling material and the interfaces between the rock and the filling materials, combined with the method of characteristics, the three element model(TEM) is employed to analyze wave propagation across filling structure. Comparison with the existing theories, the validity of TEM is verified. Then parametric study is conducted for the effects of the stiffness of the interfaces, the filling thickness, the velocity of the filling material and the frequency of incident waves. Finally, the filling structure with thin filling material is equivalent to joint without filling material and the filling structure with thick filling material is equivalent to the interlayer, two parameters are defined to describe the mechanical behavior of the filling structure. The study results show that the effects of the stiffness of the interfaces, the filling thickness, the velocity of the filling material on wave propagation are divided into two parts by critical values. The effects decrease when the three parameters exceed the critical values. The transmission coefficient is positively correlated with the stiffness of the interface and the velocity of the filling material. The negative exponential function is proposed to describe the relationship between the filling thickness and transmission coefficient. Kne and Ene are also closely related to the filling thickness and the stiffness of the contact interface.

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期刊信息
  • 《岩石力学与工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国岩石力学与工程学会
  • 主编:冯夏庭
  • 地址:武汉市武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所
  • 邮编:430071
  • 邮箱:rock@whrsm.ac.cn
  • 电话:027-87199250
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6915
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1397/O3
  • 邮发代号:38-315
  • 获奖情况:
  • 全国中文核心期刊,中国科协优秀期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:75823