河海大学岩石动力学爆炸力学基础课件

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1、岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics岩 石 动 力 学刘 军 ()二OO八年三月岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第4章岩石中的爆炸应力波主主 要要 内内 容容 炸药爆炸传入岩石中的载荷炸药爆炸传入岩石中的载荷岩石中的应力波速度岩石中的应力波速度岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律应力波通过结构面的传播应力波通过结构面的传播层状岩石中应力波的传播层状岩石中应力波的传播顺岩石表面传播的应力波顺岩石表面传播的应力波岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock Dynamics

2、Rock Dynamics第0节 综 述岩石中的爆炸应力波来自埋入岩石中炸药的爆轰（爆炸）。本章将在前岩石中的爆炸应力波来自埋入岩石中炸药的爆轰（爆炸）。本章将在前面两章的基础上，论述炸药爆炸在岩石中激起的应力波（称为爆炸应力面两章的基础上，论述炸药爆炸在岩石中激起的应力波（称为爆炸应力波），爆炸应力波在岩石中的传递方式及过程，以及应力波的破岩作用。波），爆炸应力波在岩石中的传递方式及过程，以及应力波的破岩作用。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第1节炸药爆炸传入岩石中的载荷先引入几个基本概念：如果炸药充满整个药室空间，不留有任何空隙，先引入几个

3、基本概念：如果炸药充满整个药室空间，不留有任何空隙，则称为则称为偶合装药偶合装药。如果装入药室的炸药包（卷）与药室壁之间留有一定。如果装入药室的炸药包（卷）与药室壁之间留有一定的空隙，则称为的空隙，则称为不偶合装药不偶合装药。不偶合装药分为。不偶合装药分为径向不偶合装药径向不偶合装药和和轴向不轴向不偶合装药偶合装药两种情况，分别用装药两种情况，分别用装药不偶合系数不偶合系数和和装药系数装药系数来表述各自的装来表述各自的装药不偶合程度。它们分别定义为：药不偶合程度。它们分别定义为：偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷（4 41 1）（4 42 2）不偶合系数：不偶合系数：

4、装药系数：装药系数：式式中中：k k为为装装药药不不偶偶合合系系数数；为为装装药药系系数数；d db b和和d dc c分分别别为为药药室室直直径径和和药药包直径；包直径；l l和和l le e分别为药室长度和药包长度。分别为药室长度和药包长度。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第1节炸药爆炸传入岩石中的载荷根据流体动力学爆轰理论，根据流体动力学爆轰理论，可以建立炸药正常爆轰条件可以建立炸药正常爆轰条件下的爆轰参数计算式，得到下的爆轰参数计算式，得到目前普遍采用的炸药爆轰参目前普遍采用的炸药爆轰参数的简明计算式如右：数的简明计算式如右：（4 43

5、 3）式式中中：Q QV V为为炸炸药药的的爆爆热热；0 0为为炸炸药药的的密密度度；D D为为炸炸药药的的爆爆速速；P P、u u、c c依依次次为为爆爆轰轰波波阵阵面面的的压压力力、产产物物密度、质点速度和声速。密度、质点速度和声速。式式（4-34-3）中中，5 5个个方方程程含含有有6 6个个未未知知数数，因因此此需需要要事事先先 确确定定其其中中之之一一方方可可得得到到确确定定解解。较较易易实实现现的的做做法法是是，通通过过实实验验手手段段测测定定炸炸药药的的爆爆速速，而而后后由由方方程求出其余参数。程求出其余参数。偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷岩石动力学

6、课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第1节炸药爆炸传入岩石中的载荷偶合装药条件下，炸药与岩石紧密接触，因而爆轰波将在炸药岩石界面偶合装药条件下，炸药与岩石紧密接触，因而爆轰波将在炸药岩石界面上发生透射、反射。利用炮眼爆破岩石时，通常炸药柱在一端用雷管引上发生透射、反射。利用炮眼爆破岩石时，通常炸药柱在一端用雷管引爆，爆轰波不是平面波，而是呈球面形，而且爆轰波对炮眼壁岩石的冲爆，爆轰波不是平面波，而是呈球面形，而且爆轰波对炮眼壁岩石的冲击也不是正冲击（正入射）而是斜冲击，如图击也不是正冲击（正入射）而是斜冲击，如图3-13-1所示。所示。爆轰波对炮爆轰波对炮眼

7、壁的冲击眼壁的冲击偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第1节炸药爆炸传入岩石中的载荷目前确定炸药爆轰传入岩石的载荷，采用的是近似方法。由于在装药表面目前确定炸药爆轰传入岩石的载荷，采用的是近似方法。由于在装药表面附近，球面爆轰波的曲率半径已减小到很小，波头与炮眼壁间的夹角附近，球面爆轰波的曲率半径已减小到很小，波头与炮眼壁间的夹角-爆爆轰波的入射角不大，因而近似将爆轰波对炮眼壁的冲击看成正冲击，可按轰波的入射角不大，因而近似将爆轰波对炮眼壁的冲击看成正冲击，可按正入射求解岩石中的透射波参数

8、。正入射求解岩石中的透射波参数。图图3-23-2所所示示，平平面面爆爆轰轰波波在在炸炸药药内内从从左左向向右右传传播播，到到达达炸炸药药岩岩石石分分界界面面时时发发生生透透射射和和反反射射，透透射射波波在在岩岩石石中中继继续续向向右右传传播播，反反射射波波则则在在爆爆轰轰产产物物内内向向左左传传播播。设设炸炸药药的的初初始始参参数数为为：P P0 0、0 0、u u0 0=0=0；爆爆轰轰波波速速度度为为D D1 1；爆爆轰轰波波即即爆爆轰轰产产物物初初始始参参数数为为P P1 1、1 1 、u u1 1；岩岩石石的的初初始始参参数数为为P Pm m=P=P0 0、m m、u um m=0=0

9、；反反射射波波参参数数为为P P2 2、2 2 、u u2 2、D2D2；透透射射波波参参数数为为P P2 2、2 2 、u u2 2,波波速速为为D D2 2。在在炸药岩石的分界面上有连续条件炸药岩石的分界面上有连续条件偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics第1节炸药爆炸传入岩石中的载荷分别对入射波、反射波和透射波建立分别对入射波、反射波和透射波建立连续方程和运动方程，并利用界面上连续方程和运动方程，并利用界面上的连续条件即可求得的连续条件即可求得偶合装药时传入岩石中的爆炸载荷偶合装药时传

10、入岩石中的爆炸载荷式中式中由由于于P P2 2PP0 0，P P1 1PP0 0，P P0 0可可忽忽略略，上上式可化为式可化为（4 45 5）分分别别称称为为炸炸药药的的冲冲击击阻阻抗抗、爆爆轰轰产产物物的的冲冲击击阻阻抗抗和和岩岩石石的的冲冲击击阻阻抗抗。他他们们都都是是物物质质受受扰扰动动前前的的密密度度与与波波相相对对于于受受扰扰动动物物质质传传播播速速度度的的乘乘积积。如如果果 ，即即岩岩石石的的冲冲击击阻阻抗抗大大于于炸炸药药的的冲冲击击阻阻抗抗，则则反反射射波波为为压压缩缩波波，P P2 2PP1 1，如如果果 ，则则反反射波为稀疏波，射波为稀疏波，P P2 2Pc c，将在岩石

11、中，将在岩石中形成波阵面上所有状态参数都发生突变的冲击波（图形成波阵面上所有状态参数都发生突变的冲击波（图4-8a4-8a），冲击波在），冲击波在岩石中以超音速传播，衰减最快。岩石中以超音速传播，衰减最快。第3节 岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律图图4-8 不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics随随着着冲冲击击波波向向外外传传播播、衰衰减减，当当B B C C 时时，如如图图4-74-7所所示示，由由于于变变形形模模量量随随应应力力的的增增大大而而增增大大，波波速速大大于于图

12、图4-74-7中中A-BA-B段段的的塑塑性性波波波波速速，但但小小于于O-AO-A段段的的弹弹性性波波波波速速，因因此此应应力力幅幅值值大大的的塑塑性性波波追追赶赶前前面面的的塑塑性性波波，形形成成塑塑性性追追赶赶加加载载，形形成成陡陡峭峭的的波波阵阵面面，但但波波速速低低于于弹弹性性波波速速，为为亚亚音音速速，这这种种波波称称为为非非稳稳定定的的冲冲击击波波。图图4-8b4-8b。图图4-7 冲击载荷作用下岩石的变形规律冲击载荷作用下岩石的变形规律图图4-8 不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRo

13、ck Dynamics进进一一步步，当当A A B B 时时，。切切随随应应力力的的增增大大而而减减小小，因因此此应应力力幅幅值值大大的的应应力力波波速速度度低低于于小小应应力力幅幅值值的的应应力力波波，在在传传播播过过程程中中波波阵阵面面逐逐渐渐变变缓缓，塑塑性性波波速速度度以以亚亚音音速速传传播播。而而应应力力小小于于A A的的部部分分，则则以以弹弹性波速度传播。图性波速度传播。图4-8c4-8c。图图4-7 冲击载荷作用下岩石的变形规律冲击载荷作用下岩石的变形规律图图4-8 不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock D

14、ynamicsRock Dynamics当当 e e时时，应应力力衰衰减减主主要要是是由由大大于于e e的的部部分分 a a-e e引引起起的的 ，令令x x=a a-e e ，y y=b b-e e，并并假假定定衰衰减减沿沿试试件件长长度度呈呈指指数数变变化化，且且与与岩岩石石试试件件的的破碎程度成正比，而破碎程度成正比，而y y/e e越大，对应的岩石破碎程度也越大，由此得越大，对应的岩石破碎程度也越大，由此得即即式中式中e e 由静压试验确定；由静压试验确定；为材料常数，参见表为材料常数，参见表4-64-6。表表4-6 几种岩石的材料常数几种岩石的材料常数 及初始破裂应力及初始破裂应力e

15、 e 岩石名称岩石名称大理岩大理岩花岗岩花岗岩砂砂 岩岩灰色砂岩灰色砂岩石灰岩石灰岩，1/m34.029.521.339.055.0e e,MPa7714195120153岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics岩石中平面应力波的衰减岩石中平面应力波的衰减第3节 岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律注意到初始条件，注意到初始条件，x x=0=0时，时，y y=0=0，则，则（4 42828）于是，得于是，得岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics综综 述述第4节 应力波通过结构面的传播前前节节讨讨论论的的是是应

16、应力力波波在在均均匀匀岩岩石石中中传传播播时时的的衰衰减减情情况况。由由于于岩岩石石中中往往往往含含有有节节理理、层层理理等等结结构构面面，了了解解应应力力波波通通过过结结构构面面的的传传递递情情况况仍仍是是十十分分必必要要的的。第第三三章章中中，我我们们讨讨论论了了结结构构面面两两侧侧岩岩石石无无相相对对滑滑动动可可能能时时，应应力力波波斜斜入入射射的的反反射射、透透射射情情况况，本本节节将将进进一一步步讨讨论论结结构构面面两两侧侧岩岩石石可可滑滑动动时时，应应力力波波斜斜入入射射的的传传递递情情况况。为为便便于于讨讨论论，我我们们先先提提出出应应力力波波通通过过任意结构面时的一般解。任意结

17、构面时的一般解。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics应力波向结构面斜入射时的一般解应力波向结构面斜入射时的一般解第4节 应力波通过结构面的传播图图4-94-9为为应应力力纵纵波波向向结结构构面面斜斜入入射射时时的的反反射射、透透射射情情况况。这这里里，我我们们改改用用波波势势函函数数表表示示各各种种波波，并并设设纵纵波波和和横横波波的的波波势势函函数数分分别别和和，入入射射纵纵波波的的波波势势函函数数为为，反反射射纵纵波波和和横横波波的的波波势势函函数数分分别别为为和和，透透射射纵纵波波和和横横波波的的波波势势函函数数分分别别为为1 1和和1 1，

18、纵纵波波波波势势的的反反射射系系数数为为V Vllll=/，透透射射系系数数为为W Wl l=1 1/，纵纵波波转转化化为为横横波波的的反反射射系系数数为为V Vltlt=/，纵纵波波转转化化为为横横波波的的透透射射系系数数为为W Wt t=1 1/。结结构构面面两两侧侧岩岩石石的的容容重重与与纵纵波波、横横波波速速度度分分别别用用r r、C Cp p、C Cs s和和r1r1 、C Cp1p1、C Cs1s1表示。表示。图图 4-9 应力纵波应力波向结构面反射与透射应力纵波应力波向结构面反射与透射（4 42929）对对x x0 0一侧一侧,仅存在透射波，仅存在透射波，有有对对x0 x0一侧一

19、侧,波波势函数分别写势函数分别写为为（4 43030）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics应力波向结构面斜入射时的一般解应力波向结构面斜入射时的一般解第4节 应力波通过结构面的传播以上两式中以上两式中（4 43131）（4 43232）k kl l、k kl1l1为纵波波数；为纵波波数；k kt1t1为横波波数。为横波波数。波势函数与应力、位移的关系为波势函数与应力、位移的关系为岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics应力波向结构面斜入射时的一般解应力波向结构面斜入射时的一般解第4节 应力波通过结构面的传播

20、假若结构面是有摩擦能假若结构面是有摩擦能滑动的，则其应力、应滑动的，则其应力、应变应满足下列变应满足下列边界条件：边界条件：（4 43333）（4 43434）利用以上各式，得到利用以上各式，得到式中式中岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics应力波向结构面斜入射时的一般解应力波向结构面斜入射时的一般解第4节 应力波通过结构面的传播由式（由式（4-344-34），可解得），可解得（4 43535）式式4-354-35即即为为可可滑滑动动条条件件结结构构面面的的反反射射、透透射射关关系系。知知道道结结构构面面参参 数数、结结构构面面两两侧侧岩岩石石的的波

21、波阻阻抗抗、应应力力波波入入射射角角，便便能能求求出出反反、透透射射的的应应力力幅幅值值比比 。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics应力波向结构面斜入射时的一般解应力波向结构面斜入射时的一般解第4节 应力波通过结构面的传播第第三三章章已已经经提提到到，应应力力纵纵波波I I斜斜入入射射时时，产产生生反反射射正正应应力力R R和和剪剪应应力力R R及透射正应力及透射正应力 T T和剪应力和剪应力T T，它们与式（，它们与式（4-354-35）有下列关系）有下列关系（4 43636）于于是是，求求出出W Wl l,W Wt t,V Vllll,V Vl

22、tlt后后，即即可可得得到到相相应应的的应应力力反反、透透射射系系数数。应应当当指指出出，若若应应力力波波的的入入射射角角较较小小，它它的的切切向向分分量量不不足足以以克克服服结结构构面面摩摩擦擦力力产产生滑动时，则应按完全粘性条件重新求解其反、透关系。生滑动时，则应按完全粘性条件重新求解其反、透关系。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射第4节 应力波通过结构面的传播当当结结构构面面两两侧侧的的岩岩石石性性质质相相同同时时,1 1/=1=1，C Cp1p1/C/Cp p=1=1

23、，G G1 1/G=1/G=1，进进而而p p1 1=p=p，于于是是由由（4-354-35）知，）知，n n1 1=1=1。由此得知。由此得知（4 43737）式中式中将将m,m,p,p,B B的的表表达达式式代代入入式式（3-3-3535）、式（）、式（3-373-37），得到），得到（4 43838）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射第4节 应力波通过结构面的传播图图4-104-10，4-114-11为为C Cs s/C/Cp p=0.6=0.6（对对应应的的泊泊松松比

24、比=0.22=0.22）时时，由由式式（4-384-38）通通过过数数值值计计算得到的不同摩擦角压应力纵波斜入射产生的各种波的变化。算得到的不同摩擦角压应力纵波斜入射产生的各种波的变化。图图3-11 3-11 同同种种岩岩石石中中结结构构面面在在不不同同摩摩擦擦角角下下纵纵波波转转化化为为横横波波的的透透、反反射射系系数数（Cs/Cp=0.6Cs/Cp=0.6）图图3-10 3-10 同同种种岩岩石石中中结结构构面面在在不不同同摩摩擦擦 角角 下下 的的 纵纵 波波 透透、反反 射射 系系 数数（Cs/Cp=0.6Cs/Cp=0.6）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRo

25、ck Dynamics结构面两侧岩石可自由滑动时的结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波透、反射应力波透、反射第4节 应力波通过结构面的传播这种情况相当于结构面的摩这种情况相当于结构面的摩擦系数擦系数tgtg=0=0，利用式（，利用式（4-4-3838）可以得到结构面两侧岩）可以得到结构面两侧岩石可自由滑动条件下的应力石可自由滑动条件下的应力斜入射时各波幅值比与入射斜入射时各波幅值比与入射角的关系。角的关系。（4 43939）此前，此前，RinehartRinehart对该问题进行了研究，得到了相同的结论。对该问题进行了研究，得到了相同的结论。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock Dynamic

26、sRock Dynamics综综 述述第5节 层状岩石中应力波的传播本节我们将讨论应力波通过多个平行结构面的传播情况。为此，我们先介本节我们将讨论应力波通过多个平行结构面的传播情况。为此，我们先介绍求解这一问题的一种简便方法绍求解这一问题的一种简便方法等效波阻抗法。利用这一方法，可以求等效波阻抗法。利用这一方法，可以求出不同形式的瞬态波通过各种夹层时的透射效应。由于问题的复杂性，我出不同形式的瞬态波通过各种夹层时的透射效应。由于问题的复杂性，我们只讨论弹性应力波垂直入射多层岩石的传输效应，而不考虑所产生的横们只讨论弹性应力波垂直入射多层岩石的传输效应，而不考虑所产生的横波效应。波效应。岩石动力

27、学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播图图4-124-12所示为应力波垂直通过所示为应力波垂直通过k+1k+1层岩石介质的传播。在层面层岩石介质的传播。在层面1 1上有应力和速度连续条件上有应力和速度连续条件式中：式中：z z1 1为第一层介质的波阻抗，为第一层介质的波阻抗，后面类同。后面类同。（4 44040）4-12 多层介质中的应力波传播多层介质中的应力波传播岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播改改变

28、变波波的的相相位位因因子子，可可确确定定同同一一瞬瞬时时界界面面2 2的的质质点点速速度度。正正向向前前进进的的波波乘乘因因子子 ，负负向向前前进进的的波波乘乘因因子子 。于于是是，有有式中式中（4 44141）4-12 多层介质中的应力波传播多层介质中的应力波传播式中式中d d1 1为层厚，为层厚，为波长。为波长。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播由由式式（4-404-40）、（4-4-4141），得到），得到同理，在界面同理，在界面2 2上有上有（4 44242）将式（将式（4-434-4

29、3）代入式）代入式（4-424-42），有），有（4 44343）（4 44444）同理，根据界面同理，根据界面2 2、3 3上的连续条件，有上的连续条件，有重复上述过程，直到重复上述过程，直到界面界面k k和和k+1k+1，可得到，可得到（4 44545）（4 44646）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播又因为又因为其中其中（4 44747）是单位模矩阵。任意个这样的矩阵相乘，结果仍是单位模矩阵。任意个这样的矩阵相乘，结果仍是单位模矩阵。是单位模矩阵。设应力波通过的设应力波通过的k k层界

30、面的等效波阻抗为层界面的等效波阻抗为Y Y，并将图，并将图4-124-12改用图改用图4-134-13来表示，来表示，则有则有由此可知由此可知（速度相等）（速度相等）（应力相等）（应力相等）图图 4-13 等效波等效波阻抗示意图阻抗示意图岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播由由式式（4-404-40）、（4-4-4141），得到），得到将将以以上上各各式式代代入入式式(4-47)(4-47)，即得到，即得到（4 44848）令令则可得等效波阻抗则可得等效波阻抗Y Y岩石动力学课件岩石动力学课件

31、Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：（4 45050）透射系数透射系数反射系数反射系数（4 44949）得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：透射系数透射系数反射系数反射系数（4 45151）（4 45252）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力

32、的透、反射系数为：（4 45050）透射系数透射系数反射系数反射系数（4 44949）得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：透射系数透射系数反射系数反射系数（4 45151）（4 45252）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics等效波阻抗法等效波阻抗法第5节 层状岩石中应力波的传播得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：（4 45050）透射系数透射系数反射系数反射系数（4 44949）得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：得到等效波阻抗后，应力的透、反射系数为：透

33、射系数透射系数反射系数反射系数（4 45151）（4 45252）岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics不同应力波形通过夹层的透射应力特征不同应力波形通过夹层的透射应力特征第5节 层状岩石中应力波的传播李李夕夕兵兵等等对对不不同同应应力力波波形形通通过过夹夹层层的的应应力力透透射射和和能能量量传传递递尽尽行行了了研研究究，得到的基本结论是：得到的基本结论是：p矩形应力波通过波阻抗远小于岩体波阻抗的软弱夹层时，不但相位有滞矩形应力波通过波阻抗远小于岩体波阻抗的软弱夹层时，不但相位有滞后现象，而且矩形波变成了随时间逐渐上升的圆头形波，其上升时间与后现象，

34、而且矩形波变成了随时间逐渐上升的圆头形波，其上升时间与软弱夹层波阻抗及波通过夹层的时间有关，夹层波阻抗愈小，波通过夹软弱夹层波阻抗及波通过夹层的时间有关，夹层波阻抗愈小，波通过夹层的时间愈长，上升时间愈大；最大透射应力也与波通过夹层的时间及层的时间愈长，上升时间愈大；最大透射应力也与波通过夹层的时间及波阻有关，当夹层波阻抗较小，同时夹层厚度较大时，矩形波通过夹层波阻有关，当夹层波阻抗较小，同时夹层厚度较大时，矩形波通过夹层后有明显的削波现象发生。后有明显的削波现象发生。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics不同应力波形通过夹层的透射应力特征不同应力波

35、形通过夹层的透射应力特征第5节 层状岩石中应力波的传播p不论何种应力波加载，当通过波阻抗相对很小而厚度又较大的软弱夹层不论何种应力波加载，当通过波阻抗相对很小而厚度又较大的软弱夹层时，透射波有明显的滞后和削波现象，其波峰值达不到原入射波峰值；时，透射波有明显的滞后和削波现象，其波峰值达不到原入射波峰值；而当夹层波阻抗大于介质波阻抗时，则透射波有明显的超前和幅值加强而当夹层波阻抗大于介质波阻抗时，则透射波有明显的超前和幅值加强现象发生。现象发生。p当夹层波阻抗等于岩体介质波阻抗时，即相当于没有夹层的情形，矩形当夹层波阻抗等于岩体介质波阻抗时，即相当于没有夹层的情形，矩形波通过夹层后仍为矩形波。波

36、通过夹层后仍为矩形波。p当夹层波阻抗大于介质波阻抗时，相位超前，同时透射波的幅值在开始当夹层波阻抗大于介质波阻抗时，相位超前，同时透射波的幅值在开始时将得到增大。即有明显的应力增强作用。对其它形式的瞬态波亦可得时将得到增大。即有明显的应力增强作用。对其它形式的瞬态波亦可得出与矩形波入射时相类似的结果。出与矩形波入射时相类似的结果。岩石动力学课件岩石动力学课件 Rock DynamicsRock Dynamics不同应力波形通过夹层的透射应力特征不同应力波形通过夹层的透射应力特征第5节 层状岩石中应力波的传播p当波通过厚度较大的软弱夹层时。由于应力波在夹层中的来回反射时间当波通过厚度较大的软弱夹

37、层时。由于应力波在夹层中的来回反射时间较长，导致了一个单峰的应力波在通过夹层后将变为有几个波峰的应力较长，导致了一个单峰的应力波在通过夹层后将变为有几个波峰的应力波形，而且后一峰值将大于前一峰值，波峰间的间隔时间大约为波在夹波形，而且后一峰值将大于前一峰值，波峰间的间隔时间大约为波在夹层中来回的时间。层中来回的时间。p采用富氏级数的方法处理瞬态应力波时，取前采用富氏级数的方法处理瞬态应力波时，取前2020项即可达到精度要求，项即可达到精度要求，被弃掉的高频波对其影响很小。被弃掉的高频波对其影响很小。p软弱夹层的波阻抗越小，能量传递效率越差；当夹层与岩体介质的波阻软弱夹层的波阻抗越小，能量传递效率越差；当夹层与岩体介质的波阻抗确定时，能量传递效率随夹层厚度的增大而减小；不同形式的瞬态应抗确定时，能量传递效率随夹层厚度的增大而减小；不同形式的瞬态应力波通过夹层时，其能量传递效率各不相同，加载波在确定的延续时间力波通过夹层时，其能量传递效率各不相同，加载波在确定的延续时间内以开始随时间上升然后又随时间下降的波能量传递效率较高，如三角内以开始随时间上升然后又随时间下降的波能量传递效率较高，如三角形波及半周期正弦应力波。形波及半周期正弦应力波。