[發(fā)明專利]一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910813689.2 | 申請日： | 2019-08-30 |
| 公開（公告）號： | CN110515125A | 公開（公告）日： | 2019-11-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 柴少波;李建春;李娜娜;戎立帆 | 申請（專利權(quán)）人： | 長安大學(xué) |
| 主分類號： | G01V1/30 | 分類號： | G01V1/30 |
| 代理公司： | 61218 西安睿通知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) | 代理人： | 惠文軒<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入 |
| 地址： | 710061 陜西*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 地表振動 柱面波 波速 反射 地表 波束 傳播方向 疊加原理 工程爆破 理論對比 平面分析 射線理論 數(shù)值模擬 衰減特性 速度確定 巖石力學(xué) 巖體工程 表面波 反射波 入射波 速度差 體波 巖體 驗證 參考 響應(yīng) 預(yù)測 試驗 自由 研究 | ||
本發(fā)明公開了一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，屬于巖石力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先建立平面分析模型，根據(jù)射線理論及柱面波的衰減特性，獲得地表面上任意一點(diǎn)處的體波實(shí)時波束；然后根據(jù)柱面波在自由面上的反射特征得到反射的P、S波實(shí)時波速，進(jìn)而根據(jù)各波的傳播方向計算得到由入射波和反射波共同作用引起的地表振動速度。再通過地表任意相鄰兩點(diǎn)的速度差獲得表面波波速及其引起的地表振動。最后，根據(jù)疊加原理得到地表振動速度；本發(fā)明為地表振動響應(yīng)的試驗或數(shù)值模擬研究提供理論對比驗證方法，并且有利于進(jìn)行工程爆破地表振動預(yù)測，為相關(guān)的巖體工程提供參考。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于巖石力學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法。
背景技術(shù)
工程爆破引起的動力荷載通常以應(yīng)力波的形式在巖體中傳播。地下爆炸產(chǎn)生的沖擊波在到達(dá)地表面時通常會引起地表面的振動并且可能會對表面建筑物造成損害。地表面振動的預(yù)測在地下工程施工和設(shè)計中尤為重要。長期以來，在研究和實(shí)踐中，爆破誘導(dǎo)波一般被視為平面波，當(dāng)震源相對較遠(yuǎn)時，這是合理的。然而，當(dāng)爆破作業(yè)在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)附近進(jìn)行或爆破現(xiàn)場附近巖石破壞需要監(jiān)測和控制時，由于不能忽略近場波前的曲率，在震源附近不再適用平面波假設(shè)。特別是在實(shí)際爆破工程中，當(dāng)動荷載作用的空腔或鉆孔足夠長時，爆源附近彈性振動區(qū)的應(yīng)力波可被視為柱面波。然而，目前針對柱面波在節(jié)理巖體中傳播的研究較少。
另外，柱面波的波陣面為曲面，相比于平面波，柱面波在傳播時表現(xiàn)出明顯的幾何衰減。并且，當(dāng)柱面波傳播至地表面時，相鄰兩點(diǎn)處的入射波束傳播方向和速度不盡相同。一般對其引起的地表振動研究主要采用的是數(shù)值模擬方法，缺少相應(yīng)的理論參考。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，通過充分考慮柱面波的幾何衰減，揭示了柱面波在巖體中的傳播過程及其引起地表質(zhì)點(diǎn)振動的機(jī)理，綜合考慮了體波和表面波的共同作用，得到了柱面波引起地表振動速度表達(dá)式。本發(fā)明可為地表振動響應(yīng)的試驗或數(shù)值模擬研究提供理論對比驗證方法，并且有利于進(jìn)行工程爆破地表振動預(yù)測，為相關(guān)的巖體工程提供參考。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以解決。
一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法，包括以下步驟：
步驟1，建立巖體中柱面波的平面分析模型，確定初始柱面波的波陣面特性及入射波時域方程；
步驟2，根據(jù)柱面波的幾何衰減，計算地表面上任一點(diǎn)處入射波的實(shí)時速度；考慮自由面上應(yīng)力波的反射特性，得到該點(diǎn)處對應(yīng)的反射P波和反射S波的實(shí)時速度；根據(jù)每個波的傳播方向、時間延遲和振動方向，推導(dǎo)出地表面任一點(diǎn)處由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振動速度；
步驟3，由于地表面相鄰兩點(diǎn)之間的振動速度差會引起表面波，計算由地表面相鄰兩點(diǎn)之間的振動速度差所引起表面波的速度；
步驟4，設(shè)定監(jiān)測點(diǎn)為X0，計算地表面上任一點(diǎn)處形成的表面波傳播至監(jiān)測點(diǎn)處引起的地表振動速度；
步驟5，將所述由入射波、反射P波和反射S共同作用引起的地表振動速度與所述表面波傳播至監(jiān)測點(diǎn)處引起的地表振動速度進(jìn)行疊加，得到監(jiān)測點(diǎn)處的地表振動速度。
進(jìn)一步地，步驟1中，所述建立巖體中柱面波的平面分析模型為：地表面設(shè)為水平光滑的自由面，建立巖體中柱面波的xoy平面，其中，x軸為地表面，水平向右為正向，y軸豎直向下為正向，柱面波波源中心O’點(diǎn)在地表面上的投影為坐標(biāo)原點(diǎn)O。
進(jìn)一步地，步驟1中，所述初始柱面波的陣面特性為初始柱面波的陣面半徑。
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