砂岩扩容过程中超声波衰减的实验研究

利用振幅谱比法对砂岩扩容过程中超声波衰减的实验结果进行分析表明:岩石存在裂纹稳定性传播与裂纹的非稳定性传播和宏观破裂过程;在前期研究三轴实验中横波速度极大值作为岩石应力门槛值的基础上,增添了横波的衰减系数的最小值,即品质因子的最大值作为新的判据.提出了裂纹稳定性传播阶段与裂纹的非稳定性传播阶段分界的特征是:横波的衰减系数、横波损伤因子、泊松比、体积应变曲线在该分界处出现拐点.将其归属于裂纹传播过程中具有局部贯通时破裂的特征,该分界点处在岩石的应力门槛值与抗压强度之间.此项研究结果具有广泛的应用价值.     

岩石扩容过程中的体积应变与超声横波速度

通过对三轴实验中岩石体积应变与横波速度的分析,揭示了在各种试验环境中岩样的抗压强度大于体积应变最大值点的差应力,而体积应变最大值点的差应力大于横波速度最大值点的差应力,说明抗压强度前岩石扩容现象是肯定存在的.试验结果表明:不论应力应变曲线上的直线部分是否明显,都可以用检测横波速度最大值的办法确定岩石的应力门槛值;并建议对求岩石泊松比的常规方法有必要进行重新调整.     

岩石扩容与超声波横波速率关系研究

通过超声波对单轴压缩试验中岩石扩容现象的测试,分析了超声横波在不同岩石压缩过程中的传播情况。利用超声横波的特性测出岩石在压缩的不同阶段的微裂纹发展情况和体积变化情况,进一步证明了不同岩石在单轴压缩过程中扩容的时间和程度存在差异:超声横波在各岩样中到达最大速率的时间在灰岩中较晚;超声横波的传播速率在玄武岩中传播较快,灰岩中次之,在砂岩中最慢;超声横波在不同岩石中传播时速率的变化幅度以及压缩各阶段传播速率变化幅度受轴向应力应变的影响而有不同。     

1420铝锂合金的疲劳裂纹扩展和自抑制

研究了１４２０铝锂合金在２种不同应力比（０．１和０．７）下的疲劳长裂纹扩展特性和闭合效应，测量了裂纹扩展的门槛值和闭合力．虽然１４２０合金具有较低的本征门槛值，然而在低应力比下却呈现出优良的疲劳裂纹扩展特性，表现在低应力比下较高的疲劳门槛值和近门槛区裂纹扩展的自抑制．从实验的角度探讨了该合金“自抑制”现象产生的原因，指出这种作用主要来源于外韧化作用，包括分层韧化作用和晶体学扩展路径导致的高的裂纹闭合效应     

含煤地层裂隙岩石声波速度特征试验研究

选取完整岩样、含裂隙岩样进行声波速度试验测定。统计分析试验结果得出：（1）裂隙的存在使岩石声波速度降低．声波速度降低的程度随裂隙张开度的增大而增大；（2）完整岩样纵横波速比的差小于0．1，含裂隙岩样纵横波速比的差大于0．1；（3）含裂隙岩样声波速度随围压的增大而增大，两横波速度差随围压的增大而减小。试验证明裂隙的存在降低声波在岩石中的传播速度，研究得出裂隙岩石声波速度特征，为煤田地震勘探研究的发展提供了基础性研究资料。     

岩块超声横波速度高精度测试方法试验研究

通过不同振动特性和直径的纵横波换能器,利用3种超声波速度测试方法对不同内部结构的大样品进行测试精度研究。试验结果表明:大块岩石横波速度的超声测试精度会受到岩石内部结构和测试方法的影响;垂直透射法可以获得较高测试精度的横波速度,剪切横波也可以得到岩石的非均质性和各向异性程度的信息;间接测试法只能用横波换能器才可以进行横波速度测试,测试到的是岩石横波的平均速度,受岩石内部结构和换能器振动特征的影响,间接法的测试精度会有较大的误差,选用合适的频率和小直径换能器,并增大发射能量可以提高间接法的横波速度测试精度。     

岩石裂纹亚临界扩展实验与压剪流变断裂模型

采用双扭试件的常位移松弛法对金川三矿区的大理岩、二辉橄榄岩和混合岩进行双扭试验,获得其裂纹扩展速率v与应力强度因子KI的关系及岩石断裂韧度,确定岩石亚临界门槛值K0。结合岩石压剪断裂理论和岩石亚临界裂纹扩展试验,建立压剪岩石裂纹翼形流变断裂扩展理论模型,提出翼形裂纹最终扩展长度由瞬时扩展长度和流变扩展长度组成。采用ANSYS断裂力学模块实现翼形裂纹尖端关键点随翼形裂纹扩展的自动生成,建立翼形裂纹流变扩展的数值分析模型。研究结果表明:采用常位移松弛法所测岩石的lg KI-lg v关系有很好的线性规律,3种岩石的K0/KIC在0.6~0.9之间;通过对算例进行理论分析和数值模拟,发现翼形裂纹流变断裂理论模型与数值分析结果很吻合。提出的岩石裂纹流变断裂理论为研究岩石裂纹流变扩展细观机理及岩体工程流变破坏的宏观机制提供了一个新的研究手段。     

脉冲水射流破岩过程中的应力波效应分析

引入Johnson-Holmquist-Concrete岩石非线性本构关系,利用光滑流体粒子动力学方法,模拟了脉冲射流在破岩过程中应力波形成、传播及衰减过程,得出了高速脉冲射流作用下岩石表面不同位置处应力值随时间变化曲线,以及应力波峰值强度与离射流作用点距离的关系曲线,根据计算结果分析了岩石在应力波效应下的破坏行为以及射流速度、岩石性质对应力波效应的影响。分析结果表明：脉冲射流的应力波效应具有较强的局部性,应力波峰值强度随与射流作用点距离的增大而急剧减小;脉冲射流应力波强度、作用范围与射流速度呈正比例关系,其对岩石的体积破坏存在一个门限速度;不同岩性岩石在脉冲射流应力波作用下的破坏形式有所不同,砂岩等强度较低岩石的破坏形式主要为应力波对岩石加卸载过程中的拉应力下的裂纹扩展,而石灰岩、花岗岩等脆性硬岩的破坏形式主要为应力集中导致的纵向破坏。     

加温三轴试验中砂岩的微裂纹与横波速度

通过对砂岩进行加温三轴试验,分析了超声波速度与应力的关系。根据实验结果,提出了一种以横波速度最大值评价砂岩试件微裂纹开始产生时的应力值的方法,即横波速度峰值点及其后波速减小现象说明载荷下的砂岩产生了新的微裂纹。Ｓ波速度峰值点的应力值大小,随砂岩的孔隙度和粘土含量的不同而不同。致密砂岩是大于破裂强度的５５％ 出现Ｓ波速度峰值,而疏松砂岩在大于破裂强度的７０％ 才出现Ｓ波速度峰值     

岩石细观断裂过程的分叉与混沌特征

根据岩石在单向压缩应力状态下细观断裂过程吸微裂纹演化的试验研究结果,对各级应力状态下岩石的微裂纹数目和方向进行了统计分析,并在此基础上建立了描述微裂纹生长和演化的数学模型,采用现代非线性科学的分叉和混沌理论对岩石细观断裂过程和微裂纹演化过程的分叉与混沌进行进行了研究,其结果表明：当表征砂岩微裂纹存在活比和闭合效应的特征量取一定值时,其微裂纹的演化可用Ｌｏｇｉｓｔｉｃ方程来描述,因而具有分叉与混沌特     

多层住宅新型复合结构空间弹塑性时程分析

针对用于代替黏土砖住宅结构的新型“人”字支撑复合结构进行了空间弹塑性时程分析,研究了新型复合结构用于多层住宅的抗震性能。选择了三种地震波,计算了采用新型复合结构的某6层住宅在三种地震波作用下的一系列响应,得出该实例住宅的薄弱层均为第三层;在三种多遇地震波作用下,柱子和支撑轴压比均满足框架结构柱轴压比限值,梁、柱及支撑结构在最不利内力组合下的配筋在合理范围内;在三种罕遇地震波作用下,最大层间位移角均满足钢筋混凝土框架一剪力墙结构限值。结果表明新型复合结构用于多层住宅具有良好的空间抗震性能。     

基于Goodman单元的顺层边坡爆破动力响应数值模拟

为了研究爆炸荷载作用下顺层边坡岩体的动力响应,采用数值模拟的方法对边坡坡面及岩体内部质点振速、应力场的分布规律进行分析,采用Goodman单元模拟岩体内部软弱结构面.结果表明：边坡台阶处坡形的变化会导致质点振速和应力值波动明显,台阶突出部位"鞭梢效应"显著,但质点振速与应力并非在边坡坡面的同一位置达到峰值,因此将质点峰值振速或应力值作为评价边坡稳定性的单一指标并不合理;岩体内部质点的动力响应规律主要与介质阻尼、结构面以及边坡形状等因素有关,结构面的存在会造成爆炸应力波的反射叠加,质点振速和应力值在结构面之前也有一定程度的放大;边坡自由面对应力波的反射叠加效应不应忽视.     

混凝土材料SHPB主动围压实验的数值模拟

文章利用LS-DYNA软件,采用混凝土HJC动态本构模型,对Φ74mm分离式变截面霍普金森压杆主动围压实验做了数值模拟;通过在试件径向施加恒定压力的方法模拟主动围压的作用,试件单元的压力时间历程曲线显示该方法可以获得恒定、均匀的围压值,即该方法可以对SHPB主动围压实验进行合理的模拟;利用上述主动围压模拟方法对混凝土材料主动围压下的力学性能进行了研究,模拟时采用弥散较小的三角形速度波加载,并利用波形良好的入射波、透射波重构了混凝土的应力应变曲线,重构结果显示混凝土材料在围压作用下力学性能发生变化,混凝土峰值应力、峰值应力对应的应变、韧性都随围压的增大而增加,与理论结果相符。     

Collapse ratios of buildings due to the 1995 Kobe earthquake and interference between S-wave and the second surface wave at basin edge

The distribution characteristics of collapse ratios of buildings in Kobe city due to the 1995 M7.2 Hyogo-ken Nanbu, Japan (Kobe) earthquake and the interferenres due to SH or P-SV and the second surface waves propagating in heterogeneous medium are discussed in this paper by using numerical simulation technique of wave equation. The staggered grid real value fast Fourier transform differentiation (SGRFFTD) is used in the pseudospectral method of ground motion simulations because of its speed, high stability and accuracy. The results show that the maximum amplitude of simulated acceleration waveforms on the ground coincides well with the complicated distributions of collapse ratios of buildings. The peak collapse ratio of buildings away from the earthquake fault also coincides well with the peak ground acceleration. The spatial interference process is analyzed by using the snap shots of seismic wave propagation. The peak ground acceleration is probably caused by the interferences due to the second surfare wave transmitting from the bedrock to sedimentary basin and the upward body wave. Analyses of the interference process show that seismic velocity structure and geologic structure strongly influence the distribution of the maximum amplitude of acceleration waveforms. Interferences occurring near the basin boundary are probably the cause of the peak collapse ratio of buildings away from the fault. Therefore it is necessary to analyze wave propagations and interference process using numerical simulation strategy for studies on the seismic disasters.     

利用相对反投影方法对2010年Mw 8.8级智利地震破裂过程成像

基于美国流动台网的三分量远震P波资料,利用相对反投影方法,对2010年2月27日Mw 8.8智利地震的破裂过程成像。根据美国地质调查局(USGS)给出的震源参数及源区地质资料,设定一个小倾角断层面。将远震P波反投影至该断层面上,获取震源破裂过程。结果表明,智利地震破裂由3个子事件组成,破裂长度至少为513 km,宽度至少为100 km。破裂从震中开始向北方和南方两个方向双侧扩展,但北侧的破裂明显强于南侧。北侧的破裂长度约为340 km,破裂持续时间约125 s,破裂速度约为2.87 km/s;而南侧破裂长度约为173 km,破裂持续时间约99 s,破裂速度约为1.84 km/s。另外,北侧两个子事件的能量释放高峰分别出现在破裂开始之后16 s和79 s,与初始破裂点的距离分别为75 km和230 km。南侧子事件的能量释放高峰出现时刻为80 s,与初始破裂点的距离为145 km。智利地震在破裂过程中可能受到了破裂区域的障碍体影响。     

Effects of soil amplification ratio and multiple wave interference for ground motion due to earthquake

Study on seismic disaster is quite important for pro-tecting the lives and properties of the people[1]. Manyprevention disaster projects in civil constructions, etc.require quite accurate and reliable ground motion parame-ters. It has great social and economic effects to analyze thedamage mechanisms and destructive processing of build-ings by means of investigations of quantitative groundmotions. Numerical simulations of seismic ground motionhave been increasingly developed with the populariza…     

隧洞爆破开挖对岩质高边坡产生的振动效应研究

针对金佛山水利工程中水工隧洞爆破对左岸岩质高边坡的不利影响,采用有限元数值模拟手段,研究了隧洞爆破对边坡的振动效应,探讨了振动波的传播及分布规律,查明了边坡内部裂隙对振动波传播的影响,根据应力和振速之间的相关性,提出了该边坡的爆破振速的参考安全阀值。结果表明：金佛山水工隧洞爆破开挖对左岸岩质高边坡的振动影响较小,振速峰值未超过规范所规定阀值;由于隧洞爆破和边坡开挖爆破对边坡的坡面振动效应以及传播方向不同,导致爆破振动波通过边坡内部裂隙的传播规律也不同;根据边坡平台内外侧质点的速度分布,借鉴小湾水电站边坡工程,选取平台内侧岩体作为监测部位,根据应力和振速之间的统计规律,得到了左岸岩质高边坡的爆破振速参考安全阀值。     

杆状介质中有耗能过程模型化公式的推导

本文从波的共性出发,以杆状介质中有耗能波过程这一物理现象为研究对象,应用波过程的贝杰龙(Bergeron)法的原理,首先导出介质中无损耗情形的力势波函数和速度函数的计算公式及对应的等值模拟线图。然后以其基本原理为依据,假设介质中有耗能时存在一个等值耗能参数元件,从而推导出介质中有耗能波动过程的计算公式。该公式可用于测量有耗能介质中的波过程的耗能值,为解决实际问题提供了一种近似计算的模型化方法。