爆破机理笔记
爆破破岩机理

爆破破岩机理【转发】:一、爆生气体膨胀压力作用破坏论Kutter和Hagan从静力学的观点出发,提出了“气楔作用”(PneumaticWedgtng)这种假说,认为炸药爆炸后产生的高温高压的气体,由于膨胀而产生的推力作用在炸药周围的岩壁上,引起岩体质点的径向位移,从而在岩体中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩体的极限抗剪强度时,就会引起岩体的破坏。
当爆生气体的膨胀推力足够大时,还会引起自由面附近的岩体隆起、鼓开并沿径向方向抛掷。
这种假说认为,动能仅占炸药总能量的5%~15%,绝大部分能量包含在爆生气体产物中,另一方面,岩体爆破时岩石发生破裂和破碎所需的时间小于爆生气体作用于岩体的时间。
二、应力波反射拉伸作用破坏论以Coates和Hin。
为代表的这种假说,从爆轰动力学的观点出发,认为炸药爆炸后,强大的冲击波冲击和压缩周围的岩体,在岩体中激发出强烈的压缩应力波。
当压缩应力波传播到自由面时,从自由面处反射而形成拉伸波。
当拉伸波的强度超过岩体的极限抗拉强度时,从自由面处开始向爆源方向产生拉伸片裂作用。
三、应力波和爆生气体联合作用破坏论以Fairhurst为代表的这种假说认为,爆破时岩体的破坏是应力波和爆生气体共同作用的结果。
但在解释破碎岩体的主导原因时存在不同观点。
一种观点认为,应力波在破碎岩体时不起主导作用,只是在形成初始径向裂隙时起先锋作用,岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀推力和尖劈作用;另一种观点则认为,爆破时破碎岩体的主导作用取决于岩体的性质,即取决于岩体的波阻抗。
对于波阻抗为(10一15)× 10^5g/(cm^2.s)的高波阻抗的岩体,即极致密坚韧的岩体,爆炸应力波在其中的传播性能好,波速高。
爆破时岩体的破碎主要由应力波引起。
对于波阻抗为(2一5)× 10^5 g/(cm^2. s) 低波阻抗的松软而具有塑性的岩体,爆炸应力波在其中的传播性能较差,波速低,爆破时岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀压力;对于波阻抗为(5~10)× 10 ^5g/〈cm^2.S )的中等波阻抗的中等坚硬的岩体,应力波和爆生气体同样起重要作用。
爆破作用原理

二.爆破作用
一)单个药包旳爆破作用
㈠自由面和最小抵抗线 假如将一种球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集中 药包)埋入岩石中,岩石与空气接触旳表面称为自由面。 最小抵抗线:药包中心到自由面旳垂直距离W。
爆破旳内部作用
光面爆破机理 光爆炮眼同步起爆,在各炮眼旳眼壁上产生细微旳
径向裂隙,因为起爆器材旳起爆时间误差,各炮眼不 可能在同一时刻爆炸,先爆炮眼旳径向裂隙,因为相 邻后爆炮眼所起旳导向作用,成果沿相邻两炮眼旳连 心线旳那条裂隙得到优先发展,并在爆愤怒体旳作用 下扩展,形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后,周围岩体 内旳应力因释放而下降,从而能够克制其他方向上有 裂隙发展,同步又隔断了从自由面反射旳应力波向围 岩传播,因而爆破形成旳壁面平整。
衡量爆破作用旳效果: 当n=1时,形成原则抛掷漏斗(c); 1<n<3时,形成加强抛掷漏斗(d); 0.75<n<1时,形成减弱抛掷漏斗(b); n=0.75时,岩石只形成松动而不形 成抛掷,叫做松动漏斗(a); n<0.75时,爆破漏斗不能形成。二)多种药包旳爆破作用
三、微差爆破
利用毫秒雷管或其他设备控制放炮旳顺序,使每段 之间只有几十毫秒旳间隔,叫做毫秒爆破或微差爆破。
随即,爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎旳岩 石,爆轰气体“楔入”在应力波作用下产生旳裂隙中, 使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体旳压力 足够大时,爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。
对于不同性质旳岩石和炸药,应力波与爆轰气体 旳作用程度是不同旳。
在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶 合系数较小旳条件下,应力波旳破坏作用是主要旳;
(完整版)第六章爆破基础知识

第六章爆破基础知识第一节爆破原理一、炸药及爆炸的一般特征1、炸药及其主要特征炸药是在外界能量作用下,自身进行高速的化学反应,同时产生大量的高温高压气体和热量。
炸药的主要特征是:(1)具有相对稳定性和化学爆炸性。
(2)在微小的体积中蕴藏有大量能量。
(3)能够依靠自身的氧化实现爆炸反应。
2、炸药爆炸及其三要素(1)反应过程中能放出大量的热。
放出大量的热是化学爆炸进行所必须具备的首要条件。
(2)炸药反应速度快。
反应速度快是是形成爆炸的必须条件,也是爆炸反应的特点之一。
(3)能生成大量的气体立物。
炸药爆炸后生成大量的气体,如二氧化碳、氧气和水蒸气,还产生一些有毒气体如一氧化碳和氮的氧化物。
这些气体在膨胀过程中,能对周围介质发生破坏,把炸药的能量转换为机械能。
总之,炸药爆炸必须同时具备三个要素,三者又是相互相系的。
所以,高温、高压高速是炸药爆炸的重要特点。
二、炸药爆轰理论基础知识(一)炸药的起爆和感度1、炸药的起爆炸药在未受外界能量作用时,处于相对稳定状态。
利用炸药进行爆破作业时,必须由外界给予足够的能量,使炸药的局部活化,失去平衡,发生爆炸反应,使炸药局部失去相对稳定状态到开始发生爆炸反应的过程称为起爆。
井下爆破工程常用的起爆能有爆炸能和热能。
2、炸药的感度炸药材料在在外界能量作用下,引起炸药爆炸的难易程度称为感应度。
炸药的感应的必须适中,以6号和8号雷管能够起爆为宜。
(二)炸药的殉爆炸药(主爆药)爆轰时引起与相隔一定距离的另一炸药(受爆药)爆轰的现象称为殉爆。
主爆药与受爆药之间发生殉爆的概率为100%的最大距离,称为殉爆距离。
对一定量的炸药来说,殉爆距离越大,表明爆感度越高。
产生殉爆现象的原因,主要是由于受爆药接受了主爆药卷的爆炸气流和冲击波形式传来的足够的激发能量。
(三)炸药爆炸的稳定性传播(1)传爆,炸药由起爆到爆炸结束的过程中,爆炸反应在炸药中自行传播的过程称为传爆。
(2)冲击波和爆轰波。
炸药起爆后,产生大量的热能和气体,形成了高温、高压、瞬间膨胀并高速运行的气浪,这种气浪具有极大的冲击作用,即冲击波。
培训笔记-破岩机理

培训笔记(三)——破岩机理一、破岩过程一阶段:炸药爆炸阶段二阶段:冲击波反射阶段三阶段:气体膨胀阶段二、破岩理论1.爆炸气体产物膨胀压力破坏理论:岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏。
2.冲击波引起应力波反射破坏理论:岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。
3.爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论:爆破时岩石的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果,它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。
三、波阻抗:即岩石密度与冲击波在岩石中传播速度的乘积。
岩石按波阻抗值分为三类:1、岩石波阻抗为10X105~25X105(g/cm2·s);2、岩石波阻抗为5X105~10X105(g/cm2·s);3、岩石波阻抗为2X105~5X105(g/cm2·s)。
四、爆破内部作用1.压缩区受到爆炸冲击波的强动作用,炮孔壁周围的介质被粉碎或强烈压缩,形成压缩区或粉碎区成压缩区或粉碎区。
2.破碎区爆炸冲击波在岩石中形成新鲜裂纹或激活原生裂纹,爆炸气体的高压气楔作用,对裂纹进行扩展,形成破碎区。
3.震动区在破坏区以外的岩体,只发生弹性震动。
五、爆破漏斗:当药包产生外部作用时,在地表会形成一个爆破坑,称为爆破漏斗。
1、爆破漏斗的构成要素(1)自由面;(2)最小抵抗线;(3)爆破漏斗底圆半径;(4)爆破作用半径;(5)爆破漏斗深度;(6)爆破漏斗可见深度;(7)爆破漏斗张开角。
图7-6 爆破漏斗2、爆破作用指数n=r/W在最小抵抗线相同的情况下,爆破作用愈强,爆破漏斗底圆半径愈大。
根据n的大小爆破漏斗分为:(1)标准抛掷(n=1);(2)加强抛掷(n>1);(3)减弱抛掷(0.75<n<1);(4)松动爆破(0<n<0.75)。
爆破工程技术人员培训笔记 (1)

爆破工程技术人员培训考核笔记(考试内容)二、炸药与爆炸基本理论(1)爆炸及其分类,炸药化学变化的基本形式爆炸:爆炸是某一物质系统在有限空间和极短时间内,大量能量迅速释放或急剧转化的物理、化学过程。
在这种变化过程中通常伴随有强烈放热、发光和声响等效应。
爆炸的分类:通常可以将爆炸现象归纳为三大类:物理爆炸、化学爆炸、核爆炸,炸药的爆炸属于化学爆炸。
爆炸作业的定义:爆破作业时利用炸药的爆炸能量对介质做功,以达到预定工程目标的作业。
炸药爆炸的三要素:炸药爆炸包含三要素,即释放大量的热、变化过程必须是快速的、生成大量的气体产物。
这是炸药爆炸的基本条件,也是炸药爆炸不同于一般化学反应的3个重要特征。
炸药的基本形式:按照炸药化学变化过程的传播性质和速度的不同,可将炸药化学变化的基本形式分为四种:热分解、燃烧、爆炸、爆轰。
爆轰的定义:炸药以最大而稳定的爆速进行传爆的过程叫做爆轰。
炸药化学变化的4种基本形式间的关系:在一定的外界条件下热分解、燃烧、爆炸和爆轰可以互相转化。
炸药的热分解在一定条件下可以转变为燃烧。
而炸药的燃烧随温度和压力的增加又可能发展转变为爆炸,直至过渡到稳定的爆轰。
(2)炸药起爆的基本理论、起爆能和炸药感度,影响炸药感度的因素炸药的机械能起爆理论——热点理论(灼热核理论)当炸药受到撞击、摩擦等机械能的作用时,并非受作用的各个部分都被加热到相同温度,而只是其中的某一部分或几个极小的部分。
例如,个别晶体的棱角处或微小气泡处,首先被加热到炸药的爆发温度,促使局部炸药首先起爆,然后迅速传播至全部。
这种温度很高的微小区域,通常被称为热点(灼热核)。
形成热点的原因1)绝热压缩炸药内所含的微小气泡,形成热点;2)炸药受机械作用,颗粒间产生摩擦,形成热点;3)液态炸药(塑性炸药或低熔点炸药)具有高速黏性流动,也可形成热点。
热点起爆必须满足的条件:1)热点的尺寸应尽可能的细小,直径一般为10-5~10-3cm。
2)热点的温度应为300-600℃3)热点的作用时间在10-7s以上。
工程爆破知识点归纳

1.影响凿岩爆破的岩石物理性质有:1)岩石的矿物成分和组织特征;2)岩石的孔隙度、密度、容重3)岩石的碎胀性4)岩石的波阻抗。
岩石的力学性质;1,岩石的变形特性 2,岩石的强度特性3,岩石的硬度2.在不同受力状态下,岩石的各种强度极限不同,从载荷性质看,单向抗压强度>单向抗剪强度>单向抗弯强度>单向抗拉强度;从应力状态看,三向抗压强度>双向抗压强度>单向抗压强度。
3.比能:破碎单位体积岩石所消耗的能量称为比能。
4.岩石的硬度:岩石表面抵抗工具侵入的能力。
5.岩石的磨蚀性:岩石对工具的磨蚀能力。
6.岩石的普氏坚固系数直接用岩石的单向抗压强度来确定。
7.统一岩石分级法,用每凿1m炮眼磨钝的钢钎或硬质合金钎头个数和纯凿岩速度作凿岩性指标。
8.冲击式凿岩机有冲击、转钎、排粉、推进、操纵、配气等结构;主要用于坚硬性脆和磨蚀性强的岩石中。
9.钎子的结构:钎头、钎身、钎肩、钎尾、中心水孔;活动钎子还有钎梢。
10.凿岩工作对钎头的要求:形状、结构合理,凿岩速度高,耐磨性强,有足够的机械强度,排粉性能好,使用寿命长,制造和修磨方便,以及成本低廉。
冲击式凿岩原理;依靠凿岩机的冲击机构使活塞往复运动冲击钎杆,并通过钎头在炮眼底部的岩石面上形成一条凿痕A-a,随后在回转机构的扭矩作用下使钎杆转动一个角度。
再次冲击时,钎头在岩石上形成一条新的凿痕B-b,并破碎AOB,aob俩快扇形岩体,破坏的岩屑由排粉机够从孔底排至空外。
扎样,冲击,转钎,排粉等动作不断循环下去,即可凿出所需深度的炮眼。
冲击式凿岩机理(应力波理论);认为凿岩机的活塞冲击钎杆尾后,在钎杆内便产生应力,这种应力以波的形式由钎尾向钎头传递。
应力波传到钎刃时,一部分进入岩石,另一部分反射回来。
当入射和反射的应力波合成后形成的合力超过了岩石的抗破坏强度时,岩石便会碎。
风动冲击式凿岩机有冲击,转钎,排粉,操纵,润滑等机构凿岩机主要组成部分;配气,转钎,排粉,推进,操纵等机构11.钎头构造的主要参数:刃角、隙角、曲率半径、体形结构、排粉槽和吹洗孔。
爆破原理及爆破方法

爆破原理及爆破方法第一节爆破作用原理一、岩体爆破破坏机理爆破是当前破碎岩石的主要手段。
关于岩石等脆性介质爆破破坏机理,有许多假设,按其基本观点,归纳起来有爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波及反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论三种。
1.爆轰气体膨胀压力作用破坏论该理论认为炸药爆炸所引起脆性介质(岩石)的破坏,使其产生大量高温高压气体,它所产生的推力,作用在药包四周的岩壁上,引起岩石质点的径向位移,由于作用力的不等引起的径向位移,导致在岩石中形成剪切应力,当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石破裂,当爆轰气体的膨胀推力足够大时,会引起自由面四周的岩石隆起,鼓开并沿径向推出。
这种观点完全否认冲击波的动作用,这是不符合实际的。
2.应力波反射拉伸破坏论该理论认为药包爆炸时,强大的冲击波冲击和压缩四周岩石,在岩石中激发成激烈的压缩应力波,当传到自由面反射变成拉伸应力波,其强度超过岩石的极限抗拉强度时,从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。
这种理论只从爆轰的动力学观点出发,而忽视了爆生气体膨胀做功的静作用,因而也具有片面性。
3.冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论该理论认为爆破时,岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。
但在解释岩石破碎的原因是谁起主导作用时仍存在不同的观点,一种认为冲击波在破碎岩石时不起主要作用,它只是在形成初始径向裂隙时起了先锋作用,但在大量破碎岩石时则主要依靠爆轰气体膨胀压力的推力作用和尖劈作用。
另一种观点则认为爆破时岩石破碎谁起主要作用要取决于岩石的性质,即取决于岩石的波阻抗。
关于高波阻抗的岩石,即致密坚韧的整体性岩石,它对爆炸应力波的传播性能好,波速大。
关于低波阻松软而具有塑性的岩石,爆炸应力波传播的性能较差,波速较低,爆破时岩石的破坏主要依靠爆轰气体的膨胀压力;关于中等波阻抗的中等坚硬岩石,应力波和爆轰气体膨胀压力同样起重要作用。
爆破知识点

一、选填题1、炸药三种不同形式的化学变化是缓慢分解、燃烧、爆炸与爆轰。
2、氧平衡值:炸药内含氧量与所含可燃元素充分氧化所需氧量差值相比之间的差值,分为正氧平衡、负氧平衡和零氧平衡。
3、爆轰产物主要有等,若炸药中含硫、氯和金属等产物中还会有硫化氢、氯化氢和金属氧化物、金属氯化物等。
4、炸药爆炸产生的有毒气体主要有CO和氮氧化合物。
5、感度:在外界能量的作用下,炸药发生爆炸的难易程度。
6、列出炸药的几种感度:炸药热感度、炸药机械感度(包括撞击感度和摩擦感度)。
7、殉爆距离:主发药包爆炸时,引爆被发药包的两药包间的最大距离,单位一般是厘米。
8、影响殉爆距离的因素:装药密度、药量和药包直径、药包外壳和连接方式。
9、随着药包直径的增大,爆速相应增大,一直到药包直径增大到d极时,药包直径虽然继续增大,爆速将不再升高而趋于一恒定值,亦即达到了该条件下的最大爆速。
d极称为药包极限直径。
随着药包直径的减小,爆速逐渐下降,一直到药包直径降到d临时,如果继续缩小药包直径,即d<d临,则爆轰完全中断,d临称为药包临界直径。
10、炸药爆炸性能有爆速、威力、猛度、聚能效应。
11、炸药做功能力是衡量炸药威力的重要指标之一。
(威力的表示方法)12、测定威力的实验方法有铅铸扩孔法、弹道臼炮法、爆破漏斗法。
13、按炸药组成分类:单质炸药、混合炸药按炸药作用特性分类:起爆药、猛炸药、发射药、烟火剂按工业炸药主要化学成分分类:硝铵类炸药、硝化甘油类炸药、芳香族硝基化合物类炸药14、硝铵类炸药主要有硝酸铵、铵梯炸药、铵油炸药、乳化炸药等含水炸药。
15、含水炸药包括:浆状炸药、水胶炸药和乳化炸药。
16、铵梯炸药有硝酸铵、梯恩梯和木粉三种成分组成铵油炸药:以硝酸铵和燃料油为主要成分的粒状或粉状(添加适量木粉)爆炸性混合物称为铵油炸药,简称ANFO爆破剂。
17、爆破器材的销毁方法:爆炸销毁法、焚烧销毁法、溶解销毁法、化学分解法。
18、按引爆方式和起爆能源的不同,工程爆破中常用的工业雷管有火雷管、电雷管和非电雷管等。
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岩石爆破中冲击波参数计算概论雷管或其它强烈的激发源在连续性介质中,如在空气、水、炸药或岩石中爆炸时,由于外部冲击载荷作,使介质某一局部状态,如压力、密度、速度等发生往复变化(或叫做扰动),这种变化(扰动)在介质小的传播形成波,这种波称为机械波,它不同于电磁波。
冲击波:当激发源的威力很大,促使介质的压力、密度、速度等参数的变化急剧,产生陡立的波阵面,形成非周期性的脉冲,并以超声速传播时,这种波称之为冲击波。
冲击波在空气中或在水中传播形成空气冲击波或水中冲击波,如裸露药包爆破成药室大爆破易产生空气冲击披,水下药包爆破则产生水中冲击波。
冲击波在炸药中的传播形成爆轰波,它是一种特殊形式的冲击波。
它与一般冲击波的根本区别在丁爆轰波阵而之后附有化学反应区,释出能量足以维持爆轰波沿未反应的炸药稳定传播,从而构成炸药的稳定爆轰。
弹性波求助编辑百科名片当某处物质粒子离开平衡位置,即发生应变时,该粒子在弹性力的作用下发生振动,同时又引起周围粒子的应变和振动,这样形成的振动在弹性介质中的传播过程称为“弹性波”。
目录编辑本段横波的特点质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。
电磁波、光波就是横波。
波长的定义沿着波的传播方向,在波的图形中相对平衡位置的位移时刻相同的两个质点之间的距砻。
横波与纵波的波长---- 在横波中波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。
在纵波中波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。
编辑本段应力波的一种扰动或外力作用引起的应力和应变在弹性介质中传递的形式。
弹性介质中质点间存在着相互作用的弹性力。
某一质点因受到扰动或外力的作用而离开平衡位置后,弹性恢复力使该质点发生振动,从而引起周围质点的位移和振动,于是振动就在弹性介质中传播,并伴随有能量的传递。
在振动所到之处应力和应变就会发生变化。
弹性波理论已经比较成熟,广泛应用于地震、地质勘探、采矿、材料的无损探伤、工程结构的抗震抗爆、岩土动力学等方面。
某一弹性介质内的弹性波在传播到介质边界以前,边界的存在对弹性波的传播没有影响,如同在无限介质中传播一样,这类弹性波称为体波。
体波传播到两个弹性介质的界面上,即发生向相邻弹性介质深部的折射和向原弹性介质深部的反射。
此外,还有一类沿着一个弹性介质表面或两个不同弹性介质的界面上传播的波,称为界面波。
如果和弹性介质相邻的是真空或空气,则界面波称为表面波。
弹性波绕经障碍物或孔洞时还会发生复杂的绕射现象。
编辑本段体波按传播方向和质点振动方向之间的关系,体波可分为:①纵波,又称为胀缩波,在地震学中也称为初波或P波。
它的传播方向同质点振动方向一致,波速为式中ρ为弹性介质密度;λ和G为弹性介质的拉梅常数。
②横波,又称畸变波或剪切波,在地震学中也称为次波或S波。
它的传播方向同质点振动方向相垂直,波速为,小于纵波波速。
波传播中所有质点均作水平振动的横波称为SH波;所有质点均作竖直振动的横波称为SV波。
横波是偏振波,所谓偏振是指横波的振动矢量垂直于波传播方向但偏于某些方向的现象。
纵波只沿波的传播方向振动,故没有偏振。
在弹性介质内,从波源发出的扰动,向四方传播,在某一瞬间,已被扰动部分和未被扰动部分之间的界面称为波面或波阵面。
波面呈封闭的曲面。
波面为球面的波称为球面波,波面为柱面的波称为柱面波。
波面曲率很小的波可近似地看作平面波。
编辑本段界面波界面波的一个特征是,质点扰动振幅随着质点离界面距离的增大而迅速衰减,所以界面波实际上只存在于表面或界面附近。
常见的界面波有瑞利波、乐甫波和斯通利波三种:编辑本段瑞利波沿着半无限弹性介质自由表面传播的波,因瑞利于1887年首先指出这种波的存在而得名。
瑞利波是偏振波,质点在垂直于传播方向的平面内运动。
在表层附近,质点的运动轨迹为一个椭圆。
在离表面为0.2个波长的深度以下,质点的运动轨迹仍为椭圆,但质点沿椭圆的运动方向与表层相反。
在自由表面上,质点沿表面法向的位移大约为切向位移的一倍半。
瑞利波的波速与频率无关,只与介质的弹性常数有关,为同介质中横波波速的0.862~0.955倍。
但如果在弹性介质表面上面有一层疏松覆盖层,瑞利波便有频散现象,即波速随频率而改变的现象。
在地震学中,瑞利波记作R波或LR波。
瑞利波的发现,对地震科学的发展起了推动作用。
在地震过程中,瑞利波按R1/2而衰减,R 为波传播的距离。
瑞利波在震中附近不出现,在离开震中一段距离后才能形成。
从震源射出的纵波形成瑞利波的距离为:从震源射出的横波形成瑞利波的距离为:式中cR为瑞利波波速;h为震源深度;α和β分别为纵波和横波的波速。
编辑本段乐甫波如果弹性介质界面上存在一层等厚度的低波速的弹性覆盖层,则在低波速覆盖层内部和分界面上就会产生SH波,称为乐甫波,因A.E.H.乐甫建立了这种波的数学模型而得名。
乐甫波是有频散的波。
波长很长的乐甫波的波速与下层弹性介质中的横波波速接近,波长很短的乐甫波的波速与上面低波速覆盖层中的横波波速接近。
在有频散时,扰动不是以相速度传播,而是以群速度传播。
相速度是指单色波中对应任一振动相位的状态(如波峰)向前传播的速度,而群速度是指各单色波叠加后的调制振幅的传播速度,它也是合成波传播能量的速度。
编辑本段斯通利波在两种不同介质的半空间体的交界面上传播的波称为斯通利波,因斯通利首先发现并研究这种波而得名。
它是一种波速与两个介质的性质有关的变态瑞利波。
斯通利波的存在与介质的弹性拉梅常数和介质密度有关。
在两个介质的拉梅常数λ1、G1和λ2、G2满足λ1/G1=λ2/G2=1的情况下,存在条件如图所示,如果两个介质的密度ρ1和ρ2之比ρ1/ρ2和G1/G2在图示坐标系中对应的点落在曲线A和曲线B之间,斯通利波就存在。
在地震学中,理论上已证明斯通利波是存在的,但尚未观测到。
编辑本段弹性波的反射和折射弹性波到达界面后,一部分返回到原来的弹性介质内,即发生反射现象;另一部分穿过界面进入相邻的另一弹性介质内,即发生折射现象。
在同一弹性介质中,介质本身不均匀引起的弹性波传播方向改变也称为弹性波的折射(若传播方向改变后与原来的传播方向相反则为反射)。
纵波入射到平面交界面上会产生一个反射纵波和一个反射横波;横波入射到平面交界面上,也会发生同样的现象。
编辑本段弹性波的绕射弹性波在传播过程中遇到障碍物边缘或孔洞时所发生的弯折现象称为波的绕射。
障碍物或孔洞越小,波长越长,则绕射现象越显著。
绕射现象反映出波的特性。
在地震学中,研究震源附近区域内弹性波的传播时需要考虑波的绕射。
编辑本段弹性波的研究弹性波传播问题的研究可分为理论研究和实验研究两方面。
理论研究主要是从波动方程出发进行研究。
经典波动方程在直角坐标系中可表示为:式中为拉普拉斯算符;α 和β 分别为纵波波速和横波波速;嗞=嗞(x,y,z,t)为标量势;ψx=ψx(x,y,z,t)、ψy=ψy(x,y,z,t)、ψz=ψz(x,y,z,t)为矢量势φ(x,y,z,t)的三个分量。
ψx、ψy、ψz统称为波函数,它们和嗞同坐标系中的三个位移分量u、v、w的关系为:上述波动方程是根据下面的假设导出的:①弹性介质中各质点间的相对位移为无穷小量;②介质是完全线弹性的,即应力和应变之间呈均匀线性关系,服从胡克定律;③介质是各向同性的;④不计外力(如重力、体积力、摩擦力等)。
理论上解决弹性波问题就是要在定解条件下解出波函数。
波动方程是一个二阶常系数线性偏微分方程,可用线性体系的叠加原理、数学变换和分离变量等解析方法求解。
如果问题中的几何形状或介质的性质比较复杂,可利用大型电子计算机进行数值求解。
编辑本段实验研究它是理论研究的基础。
在电子技术出现以前,介质中弹性波传播的实验主要用于地震波的侦测和声学中可闻频率振动的研究。
现代电子技术的发展,推动了弹性波的实验研究。
下面是两个最早的而且目前仍普遍使用的实验装置:①霍普金森压杆B.霍普金森是最早在实验室条件下应用电子技术研究弹性波传播的学者之一。
为了纪念他的工作,把他在实验中所用的试件命名为霍普金森压杆。
他通过实验研究炸药爆炸或子弹撞到坚硬表面时,压力随时间变化的规律。
霍普金森压杆为一圆柱形钢杆,长约1米,直径为2.5厘米,由四条线挂成水平位置,这些线可以在垂直面内摆动。
在杆的一端加上一个短的柱形颗粒称为测时器,而瞬变压力作用在杆的另一端。
测时器和杆直径相同,并且是用同一种钢材制造的。
当压缩脉冲由一端传至测时器一端时,在测时器的自由端面上反射成拉伸脉冲,使测时器飞离杆端。
测出测时器的动量,就可算出压力与时间的关系。
②戴维斯压杆R.M.戴维斯首先设计了包括一个压杆(后称为戴维斯压杆)的电测实验装置,该装置能连续记录由压力脉冲引起的自由端的纵向位移,并可直接测到位移-时间曲线,再经微分,即可得到脉冲压力-时间曲线。
霍普金森压杆和戴维斯压杆都要满足两个条件:一是压杆内任何点的应力不能超过所用钢材的弹性极限;二是压力变化引起的压缩脉冲的波长同压杆半径相比要足够大。
编辑本段研究简史1821年,C.-L.-M.-H.纳维建立了弹性体平衡和运动的一般方程,弹性波的研究随之展开。
1829年,S.-D.泊松在研究弹性介质中波的传播问题时,发现在远离波源处有纵波和横波两种类型的波。
到1845年,弹性波传播的数学理论已经发展成熟,G.G.斯托克斯证明纵波是胀缩波,1849年又证明横波是畸变波。
后来学者们对拉压、扭转和弯曲三种类型的无限长弹性杆中弹性波的传播问题进行了研究,并得到了精确解。
瑞利、H.兰姆等人给出了无限平板中的波动方程的解。
兰姆在1904年建立了半无限弹性体表面和内部由于扰动线源和点源的作用而引起的波动问题的理论,并得到了问题的解,故该问题称为兰姆问题。
在地震学里,兰姆问题应用广泛,但只适用于远场(远离扰动源的地方)。
50年代后,弹性波绕射问题的研究取得成果,但主要限于无限弹性介质内球形、圆柱形空腔等方面。
不规则孔洞和结构以及半无限介质中波的绕射问题的解析解较难找到,主要是不规则的边界条件很难满足。
弹性波在粘弹性介质中传播是一个重要课题,可以用来解释许多地球物理、声学和工程力学现象。
复合材料力学的迅速发展,推动了对复合材料中波的传播理论的研究。
多孔介质中波的传播理论的研究工作业已开始,它对地球物理学、材料工程、石油勘探等方面有重要实际意义。
在精确理论发展的同时,近似解理论也得到发展。
有限差分方法先被用于解决短杆中弹性波的传播问题,后被推广到一些复杂结构中波的传播问题。
有限元法近年来逐步用于研究弹性波问题,开始用于分析细杆中弹性波的传播,后用于分析各种结构(柱、板、壳体)中的波的传播以及层状介质、正交异性介质中的波的传播等。
非线性弹性波的传播问题的研究也取得初步成果。
至2011年采深超过史元伟等著.国内外煤矿深部开采岩层控制技术[M].北京:煤炭工业出版社,2009。