基于分形與損傷理論的巖石聲—應(yīng)力相關(guān)性研究.pdf

1、自六十年代超聲波測試技術(shù)應(yīng)用到巖石工程領(lǐng)域以來，由于其原理簡單、操作方便以及成本低廉等優(yōu)點，因而得到巖石工程界的廣泛重視，并已經(jīng)進(jìn)行了大量的理論與試驗研究。然而巖石的聲—應(yīng)力相關(guān)性研究到目前仍無一個完善的可用于實際工程的可靠模型，其測試精度及測試結(jié)果的可靠性也就無法評價。因此本文的工作重點就是建立巖石聲—應(yīng)力相關(guān)性的理論模型，推導(dǎo)出巖石聲—應(yīng)力理論公式，并進(jìn)行巖石聲—應(yīng)力相關(guān)性的試驗研究，以驗證其正確性。本文的主要工作如下： 1

2、.從孔隙度和孔隙形狀、泥質(zhì)含量、孔隙水及飽和度、壓力、溫度等幾個方面研究對超聲波速的影響，并采用分形理論對巖石聲—應(yīng)力的相關(guān)性進(jìn)行初步的研究。 2.建立單一微裂紋在單軸壓縮荷載作用下的力學(xué)模型，采用宏觀復(fù)合型斷裂理論中的最大周向應(yīng)力理論，提出了單一微裂紋在單軸壓縮荷載作用下呈折線型發(fā)展的趨勢；運用損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)理論求出單一微裂紋達(dá)到穩(wěn)定時的形態(tài)尺寸。 3.根據(jù)目前分形損傷理論的研究成果，求出不同荷載階段的分形維數(shù)；由

3、分形維數(shù)的定義導(dǎo)出了不同荷載階段的裂紋個數(shù)的變化情況；結(jié)合單一微裂紋的形態(tài)尺寸，求出不同荷載階段中巖石孔隙率與荷載值之間的關(guān)系；利用目前被廣泛采用的超聲波縱波速度與孔隙率的關(guān)系式，最終導(dǎo)出單軸壓縮荷載作用下巖石超聲波縱波速度與應(yīng)力的關(guān)系式。 4.在對巖石試件施加單軸壓縮荷載作用的同時，采集相應(yīng)的聲學(xué)參數(shù)，記錄下不同荷載值對應(yīng)的波速的變化情況，作出聲—應(yīng)力曲線，并與理論聲—應(yīng)力曲線進(jìn)行比對，結(jié)果表明，在同一應(yīng)力水平下，由理論公式得