發(fā)布時間：2017-07-03 17:19

  本文關鍵詞：低頻動載應力波傳播規(guī)律及顆粒流模擬方法研究

  更多相關文章： 巖石力學 顆粒流理論 動載 應力波 數(shù)值彌散 邊界條件 集中力 場源效應

【摘要】：基于顆粒流理論,分別建立大尺度一維、二維顆粒流數(shù)值模型,研究低頻動載應力波的傳播規(guī)律。在一維顆粒鏈模型中,分別從震源激發(fā)方式、黏結模型、數(shù)值彌散、邊界條件的角度系統(tǒng)地研究P波在數(shù)值模型中的傳播規(guī)律,為模擬動載應力波在二維顆粒流模型中的傳播提供了參考數(shù)據(jù)。大尺度一維顆粒鏈模型(6 400 m)研究結果表明:(1)雷克子波不存在高頻角點,比正弦波更適合模擬波場震源;(2)當顆粒鏈模型采用接觸黏結時,P波振幅隨距離的增大而衰減,但波速基本不變,與理論值的相對誤差為0.12%;(3)當顆粒鏈模型采用平行黏結時,P波波形產生強烈扭曲;(4)數(shù)值彌散分析表明,雷克子波峰值頻率的增大和震中距的增大均會使彌散程度增大,但峰值頻率的增大主要使波的振幅降低,震中距的增大使振幅和波速均降低。當頻率f≤60.23 Hz,角頻率?與波數(shù)k近似成線性關系,彌散現(xiàn)象可忽略;(5)邊界條件分析表明,對于剛性邊界,反射波與入射波的振幅大小相等,符號相反,邊界處質點的位移等于0;對于自由邊界,反射波與入射波的振幅完全相等,符號相同,邊界處質點的振幅為入射波的2倍;對于吸收邊界,反射波振幅比入射波相比大約減少了96.8%,能有效降低反射波的影響。根據(jù)以上結論,在大尺度二維六角形排列顆粒流模型(3 000 m?3 000 m)中,采用接觸黏結模型,并施加吸收邊界條件,分別探討了P波和S波波陣面特征及波形與波速的變化,并定性地分析了遠場條件下的場源效應。結果表明:(1)當在震源處施加集中力時,模型中出現(xiàn)由點震源激發(fā)的P波和S波。考慮到顆粒間的切向剛度為零,S波的存在說明顆粒幾何排布對應力波在顆粒模型中的傳播規(guī)律影響很大;(2)當震源頻率一定時,震中距越大,P波和S波的振幅及波速均因彌散作用而降低,且S波彌散程度更大;(3)場源效應分析表明,在震源處施加集中力時,P波位移場在力的方向上幅值最大,在垂直于力的方向上無位移;S波位移場在垂直于力的方向上幅值最大,在力的方向上無位移。上述研究得到了應力波在大尺度一維、二維顆粒流模型中傳播的規(guī)律,與理論分析結果較為吻合,對進一步模擬研究巖石的動態(tài)力學行為及其細觀機制具有重要的參考價值。
【作者單位】： 北京科技大學金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室;
【關鍵詞】： 巖石力學 顆粒流理論 動載 應力波 數(shù)值彌散 邊界條件 集中力 場源效應
【基金】：科技北京百名領軍人才培養(yǎng)工程(Z151100000315014) 國家自然科學基金資助項目(51074014;51174014)~~
【分類號】：TU45
【正文快照】： 1引言在礦巖破碎、油井致裂、爆破開挖地下硐室、核爆防護、地球物理勘探及地震研究等多方面,都涉及應力波在巖石(體)中的傳播。當應力波在地質體中傳播時,受到巖體非均勻性、非線性、黏性等因素的影響,其能量將產生極大的衰減。在實際工程中,對于地下工程及建筑物等,應將應力

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