[發明專利]一種巖體中柱面波引起的地表振動速度確定方法

在審

• 申請號: 201910813689.2
• 申請日: 2019-08-30
• 公開（公告）號: CN110515125A
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 柴少波;李建春;李娜娜;戎立帆
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01V1/30
• 分類號: G01V1/30
• 代理公司: 61218 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 惠文軒<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發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，屬于巖石力學技術領域。該方法首先建立平面分析模型，根據射線理論及柱面波的衰減特性，獲得地表面上任意一點處的體波實時波束；然后根據柱面波在自由面上的反射特征得到反射的P、S波實時波速，進而根據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的速度差獲得表面波波速及其引起的地表振動。最后，根據疊加原理得到地表振動速度；本發明為地表振動響應的試驗或數值模擬研究提供理論對比驗證方法，并且有利于進行工程爆破地表振動預測，為相關的巖體工程提供參考。

技術領域

本發明屬于巖石力學與工程技術領域，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

工程爆破引起的動力荷載通常以應力波的形式在巖體中傳播。地下爆炸產生的沖擊波在到達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。地表面振動的預測在地下工程施工和設計中尤為重要。長期以來，在研究和實踐中，爆破誘導波一般被視為平面波，當震源相對較遠時，這是合理的。然而，當爆破作業在現有結構附近進行或爆破現場附近巖石破壞需要監測和控制時，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。特別是在實際爆破工程中，當動荷載作用的空腔或鉆孔足夠長時，爆源附近彈性振動區的應力波可被視為柱面波。然而，目前針對柱面波在節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出明顯的幾何衰減。并且，當柱面波傳播至地表面時，相鄰兩點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值模擬方法，缺少相應的理論參考。

發明內容

為了解決上述問題，本發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點振動的機理，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式。本發明可為地表振動響應的試驗或數值模擬研究提供理論對比驗證方法，并且有利于進行工程爆破地表振動預測，為相關的巖體工程提供參考。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以解決。

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，根據柱面波的幾何衰減，計算地表面上任一點處入射波的實時速度；考慮自由面上應力波的反射特性，得到該點處對應的反射P波和反射S波的實時速度；根據每個波的傳播方向、時間延遲和振動方向，推導出地表面任一點處由入射波、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之間的振動速度差會引起表面波，計算由地表面相鄰兩點之間的振動速度差所引起表面波的速度；

步驟4，設定監測點為X₀，計算地表面上任一點處形成的表面波傳播至監測點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測點處引起的地表振動速度進行疊加，得到監測點處的地表振動速度。

進一步地，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’點在地表面上的投影為坐標原點O。

進一步地，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。