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岩石阻尼是诸如核电站等岩基工程进行地震安全性评价、抗震动力反应分析的重要依据,大量岩基工程的建设以及拓宽场地适应范围的需要,对岩石阻尼测试方法及特性的研究提出了迫切要求。本文通过室内、室外的岩石阻尼试验测试,对岩石阻尼的测试方法、特性、耗能机制等方面进行了研究。本研究主要内容包括:
⑴对岩石阻尼的测试方法进行了总结、分析和对比,指出了每种测试方法的优缺点和适用范围。对应用于抗震方向的岩石阻尼的测试方法来说,自由衰减振动测试和循环加卸载滞回环法测试是两种较为合适的方法,前者用于岩石小应变下阻尼特性的测试,后者用于岩石大应变下阻尼特性的测试,这可与测试土动力学参数的共振柱法和循环三轴法相对应,便于岩土体阻尼参数测试的统一和对比。
⑵利用以上两种方法对类岩石材料—石膏试样和岩石试样进行阻尼试验测试。通过改变试样振动时的应变幅值、振动频率、振动形式、试样饱和度等条件得到了岩石试样阻尼随这些因素的变化规律,并用线性黏弹性模型的唯象理论解释了试验中的部分现象。
⑶从岩石滞弹性耗能、损伤耗能、孔隙介质相互作用耗能三个方面阐述了岩石阻尼的耗能机制。由于岩石复杂的内部结构,使得在岩石不同应变阶段下的阻尼产生机制有所不同,岩石内部微观缺陷的存在使滞弹性耗能成为岩石较小应变下的重要耗能机制,而岩石损伤耗能主要在岩石的较大应变下发生。
⑷给出了一种利用爆破激振的面波衰减来求算岩体阻尼的行波测试法,并在同一场地应用该法与《动规》中的块体激振试验法进行了试验对比测试。对比结果表明:利用爆破激振测得的岩体阻尼比值略大于块体激振测试测得的值,同时岩体阻尼特性与室内试验测试所得的岩石阻尼特性的规律相一致。
⑸结合取自全国多个地区的岩石阻尼值,对影响岩石阻尼特性的因素进行了总结和分析。指出:火成岩和变质岩的阻尼比值一般要小于沉积岩的阻尼比值;岩体中的层理、断层等结构面会使岩体的阻尼比值增大。