[发明专利]一种岩体中柱面波引起的地表振动速度确定方法

说明书

本发明公开了一种岩体中柱面波引起的地表振动速度确定方法，属于岩石力学技术领域。该方法首先建立平面分析模型，根据射线理论及柱面波的衰减特性，获得地表面上任意一点处的体波实时波束；然后根据柱面波在自由面上的反射特征得到反射的P、S波实时波速，进而根据各波的传播方向计算得到由入射波和反射波共同作用引起的地表振动速度。再通过地表任意相邻两点的速度差获得表面波波速及其引起的地表振动。最后，根据叠加原理得到地表振动速度；本发明为地表振动响应的试验或数值模拟研究提供理论对比验证方法，并且有利于进行工程爆破地表振动预测，为相关的岩体工程提供参考。

技术领域

本发明属于岩石力学与工程技术领域，具体涉及一种岩体中柱面波引起的地表振动速度确定方法。

背景技术

工程爆破引起的动力荷载通常以应力波的形式在岩体中传播。地下爆炸产生的冲击波在到达地表面时通常会引起地表面的振动并且可能会对表面建筑物造成损害。地表面振动的预测在地下工程施工和设计中尤为重要。长期以来，在研究和实践中，爆破诱导波一般被视为平面波，当震源相对较远时，这是合理的。然而，当爆破作业在现有结构附近进行或爆破现场附近岩石破坏需要监测和控制时，由于不能忽略近场波前的曲率，在震源附近不再适用平面波假设。特别是在实际爆破工程中，当动荷载作用的空腔或钻孔足够长时，爆源附近弹性振动区的应力波可被视为柱面波。然而，目前针对柱面波在节理岩体中传播的研究较少。

另外，柱面波的波阵面为曲面，相比于平面波，柱面波在传播时表现出明显的几何衰减。并且，当柱面波传播至地表面时，相邻两点处的入射波束传播方向和速度不尽相同。一般对其引起的地表振动研究主要采用的是数值模拟方法，缺少相应的理论参考。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种岩体中柱面波引起的地表振动速度确定方法，通过充分考虑柱面波的几何衰减，揭示了柱面波在岩体中的传播过程及其引起地表质点振动的机理，综合考虑了体波和表面波的共同作用，得到了柱面波引起地表振动速度表达式。本发明可为地表振动响应的试验或数值模拟研究提供理论对比验证方法，并且有利于进行工程爆破地表振动预测，为相关的岩体工程提供参考。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种岩体中柱面波引起的地表振动速度确定方法，包括以下步骤：

步骤1，建立岩体中柱面波的平面分析模型，确定初始柱面波的波阵面特性及入射波时域方程；

步骤2，根据柱面波的几何衰减，计算地表面上任一点处入射波的实时速度；考虑自由面上应力波的反射特性，得到该点处对应的反射P波和反射S波的实时速度；根据每个波的传播方向、时间延迟和振动方向，推导出地表面任一点处由入射波、反射P波和反射S波共同作用引起的地表振动速度；

步骤3，由于地表面相邻两点之间的振动速度差会引起表面波，计算由地表面相邻两点之间的振动速度差所引起表面波的速度；

步骤4，设定监测点为X₀，计算地表面上任一点处形成的表面波传播至监测点处引起的地表振动速度；

步骤5，将所述由入射波、反射P波和反射S共同作用引起的地表振动速度与所述表面波传播至监测点处引起的地表振动速度进行叠加，得到监测点处的地表振动速度。

进一步地，步骤1中，所述建立岩体中柱面波的平面分析模型为：地表面设为水平光滑的自由面，建立岩体中柱面波的xoy平面，其中，x轴为地表面，水平向右为正向，y轴竖直向下为正向，柱面波波源中心O’点在地表面上的投影为坐标原点O。

进一步地，步骤1中，所述初始柱面波的阵面特性为初始柱面波的阵面半径。