地震动定向阵列技术研究+文献综述(3)
3 固体中的应力波概述
波是自然界的一种现象，波的形成与扰动分不开，实际上波是扰动的传播。振动和冲击是最明显的扰动源。波通过周围的介质传播，波在介质中的传播是一种能量传递的过程。当强动载荷作用于介质时，首先直接受到载荷作用的介质质点离开了初始平衡位置。由于这部分介质质点与相邻介质质点之间发生了相对运动（变形），当然将受到相邻介质质点所给予的作用力（应力）[24]，但同时也给相邻介质质点以反作用力，因而也使它们也离开了初始平衡位置而运动起来。外载荷在物质上所引起的扰动就这样在介质中逐渐由近及远传播出去而形成应力波[23]。
3.1 应力波理论中术语及其基本概念:
(1)质点
它是连续介质力学的观点，不从微观上考虑实际物体的真实运动，而只在宏
观上数学模型化地把物体看作连续不断的质点构成的系统，即把物体看做连续不
断质点构成的系统。质点的存在以空间位置来表现，不同的质点在一定的时刻占
有不同的空间位置。
(2)波阵面
扰动区域和未扰动区域的界面称为波阵面。
(3)波速
波阵面的传播速度称为波速；一般用C表述。常见材料的波速为102~103m/s。
(4)介质质点速度
介质质点本身的运动速度。一般用v或u表述。
(5)应力波的类型：
按照物理实质分：纵波和横波
纵波：波速方向和质点速度方向相同；
横波：波速方向和质点速度方向垂直；
根据波阵面的几何形状的不同：可以分为柱面波、球面波和平面波。
根据材料特性来分：弹性波、塑性波、弹塑性波、粘弹性波、弹粘塑性波等。
(6)弥散波
若某介质使得高应力水平的增量波传播速度较低，这类连续波的波形就会在传播中逐渐拉长、散开，这种类型的连续波叫弥散波。
(7)冲击波
若某介质使得高应力水平的增量波传播速度较高，高速波的增量就会追赶上低速波的增量，形成强间断的波阵面，就形成了冲击波。
(8)加载波与卸载波
对介质加压，使介质加密就是加载，对已受压的介质减压，使介质稀疏就是卸载。因此，当波阵面通过一个介质微团时，其效果是使微团压密就是加载波（也称压缩波），使微团稀疏就是卸载波（也称拉伸波）。
3.2 扰动在土中的传播规律
本实验中地面受到冲击力撞击时，可将地面视为半空间表面来考虑其波场问题。伍兹（Woods）[18]曾形象地绘出了泊松系数 的半空间波场示意图，如图1所示。
图1均质各向同性弹性半空间表面在竖向谐和振动的圆形基础作用下的远距离波场
在图1中，不同的波传送的能量占总输入能量的百分比分别为：
表面波占67. 在图5中，不同的波传送的能量占总输入能量的百分比分别为：3%，剪切波占25.8%，压缩波占6.9%。由于表面波能量占的比例大，而且产生的振幅随距离增加的衰减比S波及R波慢得多，因此，表面波的效应具有主导作用。
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