岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 184-192.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0058

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑岩体应力的结构面中应力波传播特性分析

柴少波，周涛，田威，井彦林，史杰辉   

  1. 长安大学 建筑工程学院，陕西 西安 710064
  • 收稿日期:2021-01-11 修回日期:2021-04-08 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 作者简介:柴少波，男，1989年生，博士，副教授，主要从事应力波传播及岩石动力学等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.41902277）；陕西省自然科学基础研究计划项目（No.2019JQ-689）；西安市科协青年人才托举计划项目（No.095920201327）。

Analysis of stress wave propagation through a rock structural plane considering rock mass stresses

CHAI Shao-bo, ZHOU Tao, TIAN Wei, JING Yan-lin, SHI Jie-hui   

  1. School of Civil Engineering, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710064, China
  • Received:2021-01-11 Revised:2021-04-08 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(41902277), the Natural Science Basic Research Plan in Shaanxi Province (2019JQ-689) and the Young Talent Promotion Project of Xi’an Association for Science and Technology(095920201327).

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摘要： 应力波在含结构面岩体中的传播一直是岩石动力学的一个重要课题。深部岩体应力会影响岩体结构面的力学特性，进而影响应力波的传播规律。基于时域递归分析方法，首先对考虑岩体应力情况下应力波与非线性岩体结构面的相互作用进行了分析，推导出了波的传播方程。研究中假定岩体结构面法向满足非线性双曲变形模型（Barton-Bandis模型，简称B-B模型），切向满足库仑滑移模型。其次，对一些特殊情况，如结构面水平或垂直分布、波阵面水平分布等，进行了计算模型和波的传播方程的简化分析。通过对比，发现岩体应力对应力波的传播特性有明显的影响。最后，参数研究分析了岩体应力特性、节理特性及入射波频率等对透、反射系数的影响规律。

关键词: 应力波, 波传播, 岩体应力, 岩体结构面, 透反射系数

Abstract: Wave propagation across rock masses containing structural planes has been an important subject of rock dynamics. The stresses of deep rock mass will affect the mechanical properties of rock structural plane, and then affect the stress wave propagation across rock mass. Based on the time domain recursive analysis method (TDRM), quantitative analysis for the interaction between stress wave and a nonlinear rock structural plane is carried out in this study, so as to deduce the wave propagation equation. The deformation of the rock structural plane is assumed to satisfy the Barton-Bandis model (B-B model) in the normal direction and satisfy the Coulomb slip model in the tangential direction. For some special cases, such as horizontal or vertical distribution of structural plane and horizontal distribution of wave front, the calculation model and wave propagation equation are simplified. Through comparison, it is found that the rock mass stresses have obvious influence on wave propagation characteristics. Parametric studies about the effects of rock mass stresses characteristics, joint characteristics and incident wave frequency on stress wave transmission and reflection coefficients are finally conducted.

Key words: stress wave, wave propagation, rock mass stresses, rock structural plane, transmission and reflection coefficients

中图分类号: TU452
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