本发明涉及一种可吸收应力波且无反射波产生的边界吸能材料结构，属于岩石动力学试验。
背景技术：
1、在岩石动力学领域，引起岩石的破坏失稳行为的工程活动例如地震、岩爆、工程爆破等都是应力波作用的结果。因此，研究岩体中的应力波传播行为是工程研究人员长期的研究课题。天然岩体中节理错综复杂，应力波通过岩体节理时通常会发生透反射现象，而不同节理产生的反射波与入射波相互干扰，致使研究岩体应力波传播特性变得复杂且困难。
2、为了简化问题的复杂性，目前应力波试验研究，多数考虑一维情况下应力波传播行为，对于二维应力波试验少有报道。自然界中通常是半无限长岩体，而二维岩体应力波试验通常是采用有限边界岩体，如何避免边界处的反射波行为对研究目标节理透反射行为的影响是有效开展该方面试验研究的关键。深入认识二维甚至更高维度情况下应力波传播特性，对地质超前预报以及应力波作用下岩体破坏行为的认识具有重要意义。
技术实现思路
1、为了避免边界处应力波反射波行为对研究岩体内目标节理透反射行为的影响，本发明提供了一种边界吸能材料结构，其作用能有效吸收传播至岩石边界处的应力波且不产生或产生弱反射波，避免对入射波以及目标节理反射波的干扰。进而更好的研究二维情形下节理对应力波透反射行为的影响。
2、本发明采用的技术方案是：一种无反射波产生的边界吸能材料结构，包括梯度吸能材料2，所述梯度吸能材料2由地聚物制成且具备孔隙向裂隙过渡的结构；所述梯度吸能材料2与二维岩体1的边界紧密连接贴合；基于波阻匹配原则，与二维岩体1接触的梯度吸能材料2的端部边界的波阻抗与岩体波阻抗相同，则在二维岩体1与梯度吸能材料2的接触界面不发生反射现象。二维岩体1边界处(x＝0处)由震源3产生的应力波传递至接触界面时，直接全透射传递至梯度吸能材料2进行逐级能量耗散，以实现在二维岩体1与梯度吸能材料2的接触界面为有限岩体边界处不产生应力反射波的目的。
3、所述梯度吸能材料2与二维岩体1的边界通过耦合剂紧密贴合连接，其波阻抗由一端向另一端呈梯度减小趋势，且与二维岩体1的边界紧密连接的一端波阻抗与岩体相等，从而保证了在波阻匹配条件下，岩体边界处不存在反射波，只产生沿入射波方向全透射至梯度材料中的透射波。
4、其次，梯度吸能材料2具有远离岩体方向上梯度增大的孔裂隙结构，即存在明显的孔隙区、孔-裂隙发育区和裂隙区的变化特征。孔结构、裂隙结构越发育，梯度吸能材料的密度ρ越低，即梯度吸能材料2具有密度梯度减小特征，且波速c因密度减小也会随之降低。梯度吸能材料波阻抗z＝ρ·c，梯度吸能材料波阻抗随着梯度变化的孔结构、裂隙结构特征具有梯度减小的变化特征。由于孔、裂隙结构的存在，于二维岩体1边界处传来的应力波，将在梯度吸能材料2中产生弥散散射波，使得应力波逐步发生弥散现象，进而实现消除二维岩体边界处反射波的影响。
5、地聚物具有天然的孔裂隙结构，因此用于梯度吸能材料的制作。采用地聚物复合材料进行粉末黏合3d打印，以实现梯度孔、裂隙结构特征。梯度吸能材料与岩体接触的一侧初始波阻抗与岩体相等，从而避免反射波的发生。
6、本发明中，二维岩体1与梯度吸能材料2在边界处始终保持接触，则由二维岩体1传至梯度吸能材料2的应力波在界面处的透射系数t为：
7、
8、界面处的反射系数f为：
9、
10、n为界面两侧介质的声阻抗比值。
11、
12、由上述可知，当波阻抗比n等于1时，界面处将不发生反射；即在边界处(y＝h)应满足ρ1c1＝ρ2c2。
13、其中相关参数含义为：
14、ρ1、c1分别为二维岩体1的密度和波速；
15、ρ2、c2分别为梯度吸能材料2的密度和波速，其为梯度吸能材料位置的函数，即ρ2(y)、c2(y)。
16、在界面处，二维岩体1和梯度吸能材料2的波阻抗相同，则不发生反射；
17、在梯度吸能材料中，由于沿y正轴方向，孔裂隙结构越来越发育，导致其波速、密度随之逐渐降低，孔裂隙结构越发育，应力波发生散射、弥散现象越严重，从而起到逐步消耗应力波的作用；其次，梯度吸能材料2的波阻抗z2＝ρ2c2，不断梯度减小，沿y正轴方向的波阻抗比n始终满足n大于1，此时f<0，反射的轻微应力扰动和入射的应力扰动异号，即反射卸载现象，由此在梯度吸能材料中沿y正轴方向逐步减小震动力，消耗应力波的作用。
18、本发明的有益之处在于，提供了一种可实现消除有限岩体边界产生的反射波对二维应力波场影响的辅助试验材料，该材料具备孔隙向裂隙过渡结构，且该梯度吸能材料由地聚物制成，其原料来源广泛，价格低廉，便于加工。在本发明之前，二维应力波传播特性的研究多借助数值模拟手段，在考虑节理对应力波传播特性的影响研究上，通常将岩体有限边界处理成吸收边界，默认吸收来自各个方向、各种频率的波，而不产生任何边界反射，但在室内试验中很难忽略边界反射现象的影响。基于本发明的材料装置，提供了一种消除边界反射波的试验处理方案，一方面为现有二维应力波数值模拟结果提供了室内试验验证的可能性，更重要的是，通过现有应变仪、dic等应变、位移测试手段能直接观测到节理对二维应力波场的影响，为二维节理岩体应力波透反射特性试验研究提供了创新性的试验手段。
1.一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，包括梯度吸能材料和二维岩体；所述梯度吸能材料与二维岩体边界紧密连接贴合；梯度吸能材料由地聚物制成且具备孔隙向裂隙过渡的结构；基于波阻匹配原则，与二维岩体接触端的梯度吸能材料端波阻抗与岩体波阻抗相同，在边界处不发生反射现象，实现在无反射情形下将应力波传递至梯度吸能材料进行逐级能量耗散，在有限岩体边界处不产生应力反射波。
2.根据权利要求1所述的一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，所述梯度吸能材料的波阻抗由一端向另一端呈梯度减小趋势，其与二维岩体的边界刚性连接的一端波阻抗与岩体相等。
3.根据权利要求1所述的一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，梯度吸能材料具有远离二维岩体方向上梯度增大的孔裂隙结构，即存在明显的孔隙区、孔-裂隙发育区和裂隙区的变化特征；孔结构、裂隙结构越发育，梯度吸能材料的密度ρ越低，波速c也会随之降低，梯度吸能材料具有密度梯度减小特征；梯度吸能材料波阻抗z＝ρ·c，梯度吸能材料波阻抗随着梯度变化的孔结构、裂隙结构特征具有梯度减小的变化特征。
4.根据权利要求1所述的一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，基于3d打印技术，采用地聚物复合材料进行粉末黏合3d打印以实现具有梯度孔、裂隙结构的梯度吸能材料；在进行相关应力波传播试验时，将有反射波存在的二维岩体边界与边界梯度吸能材料通过耦合剂连接贴合；地聚物复合材料的浇筑流程遵循逐层变配比原则，以实现梯度孔、裂隙结构特征；梯度吸能材料与二维岩体接触的一侧初始波阻抗与岩体相等。
5.根据权利要求1所述的一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，二维岩体与梯度吸能材料在边界处始终保持接触，则由二维岩体传至梯度吸能材料的应力波在界面处的透射系数t为：
6.根据权利要求1所述的一种抵消反射波影响的边界梯度吸能材料结构，其特征在于，梯度吸能材料的波阻抗z2＝ρ2c2，不断梯度减小，沿y正轴方向的波阻抗比n始终满足n大于1，此时f<0，反射应力扰动和入射的应力扰动异号，在梯度吸能材料中沿y正轴方向逐步减小震动力，消耗应力波。
