脆性岩石宏细观断裂力学方法

本书是作者在博士、博士后及目前工作阶段的一系列科研成果。 

随着我国经济不断发展，综合国力不断提升，深部地下工程建设（例如，川藏铁路隧道，深部能源开采，城市深部地下空间）的需求不断增大。然而，深地工程施工过程中，由于高地应力环境，围岩往往伴随着微震、岩爆等灾害，严重危害了深部地下工程施工人员及财产安全。脆性岩石（例如花岗岩、大理岩等）是深部地下工程围岩的主要组成部分，其静态蠕变断裂、准静态断裂、及动态断裂力学行为的研究，对于深地工程微震、岩爆等安全性评价有着重要意义。压缩荷载是深部地下工程岩石承受的一种主要的外部荷载影响因素，本书重点关注压缩荷载作用下，脆性岩石的静态、准静态、动态断裂力学特性研究。此外，脆性岩石内部存在大量细观裂纹，直接影响着岩石力学特性。因此，在静态、准静态及动态压缩加载过程中，脆性岩石细观裂纹变化机理，以及细观裂纹变化特征与宏观变形、强度的宏细观力学关系是一个重要的科学难点问题。这个问题的解决为更加安全、稳定、经济、高效的深部地下工程设计及施工提供重要依据。因此，提出一种能够综合解释静态、准静态及动态压缩荷载下，脆性岩石细观裂纹变化特征与宏观变形、强度之间的宏细观力学关系模型具有重要价值。

 

在静态、准静态及动态压缩加载过程中，脆性岩石细观裂纹变化机理，以及细观裂纹变化特征与宏观变形、强度的宏细观力学关系是一个重要的科学难点问题。这个问题的解决为更加安全、稳定、经济、高效的深部地下工程设计及施工提供重要依据。本书提出一种能够综合解释静态、准静态及动态压缩荷载下，脆性岩石细观裂纹变化特征与宏观变形、强度之间的宏细观力学关系模型，具有重要科学及工程实践价值。 

全书分为4章，第1章绪论，重点从宏细观方面分析了脆性岩石准静态、静态及动态力学性能研究现状，第2章脆性岩石准静态压缩宏细观断裂力学模型，第3章脆性岩石静态压缩蠕变宏细观断裂力学模型，第4章脆性岩石动态压缩宏细观断裂力学模型。

李晓照，副教授，硕导，主要从事岩石宏细观力学及地下工程围岩稳定性方面的研究。发表学术论文40余篇，SCIEI检索30余篇，主持科研项目5项。获2018年陕西省优秀博士论文奖。兼任中国岩石力学与工程学会工程安全与防护分会理事、中国地震学会基础设施防震减灾青年委员会委员。

邵珠山，西安建筑科技大学土木工程学院教授，博士生导师，兼任岩石动力学专业委员会委员、新加坡岩石力学协会会员、新加坡计算力学协会暨国际计算力学协会会员。研究方向：地下工程防灾减灾、数值方法及其工程应用、复合材料热弹性力学。曾获2013年国家自然科学二等奖。

戚承志，岩土工程学科负责人，教授。2008年获国家科技进步二等奖。莫斯科大学数理科学正博士学位。岩石力学与工程学会工程结构安全与防护分会常务理事；岩石动力学专业委员会委员；岩体物理数学模拟专业委员会委员；《世界地震工程》核心期刊编委；《International Journal for Computational Civil and Structural Engineering》编委。

第一章 绪论  

1.1 研究背景  

1.2 研究现状  

1.2.1 脆性岩石准静态压缩断裂力学性能  

1.2.2 脆性岩石静态压缩蠕变断裂力学性能  

1.2.3 脆性岩石动态压缩断裂力学性能  

1.3 研究内容  

参考文献  

第二章 脆性岩石准静态压缩宏细观断裂力学模型  

2.1 压缩应力与裂纹扩展关系  

2.1.1 理论模型  

2.1.2 模型结果分析  

2.2 压缩应力与应变本构关系  

2.2.1 理论模型  

2.2.2 模型参数确定  

2.2.3 模型结果分析  

2.3 压缩应力与损伤演化关系  

2.3.1 理论模型  

2.3.2 模型结果分析  

2.4 压缩岩石剪切断裂特性与细观参数关系  

2.4.1 理论模型  

2.4.2 模型结果分析  

2.5 压缩岩石剪切强度与裂纹扩展损伤变化关系  

2.5.1 理论模型  

2.5.2 模型结果分析  

2.6 压缩岩石局部裂纹成核损伤突变机理  

2.6.1 理论模型  

2.6.2 模型结果分析  

2.7 考虑裂纹角度影响下岩石准静态力学机理  

2.7.1 理论模型  

2.7.2 模型参数确定  

2.7.3 模型结果分析  

2.8本章小结  

参考文献  

第三章 脆性岩石静态压缩蠕变宏细观断裂力学模型  

3.1 压缩岩石三级蠕变裂纹扩展与时间演化关系  

3.1.1 理论模型  

3.1.2 模型结果分析  

3.2 压缩岩石三级蠕变应变与时间演化关系  

3.2.1 理论模型  

3.2.2 模型结果分析  

3.3 压缩岩石长期强度、寿命预测评价  

3.3.1 蠕变失效时间（岩石寿命）和稳态蠕变率  

3.3.2 细观裂纹特性对岩石寿命的影响  

3.3.3 岩石长期、短期强度及剪切强度的联系  

3.4 应力加卸载路径影响下的静态蠕变力学行为  

3.4.1 理论模型  

3.4.2 模型结果分析  

3.5 压缩蠕变岩石的剪切强度演化机理  

3.5.1 理论模型  

3.5.2 理论结果分析  

3.6 考虑裂纹角度影响下的静态力学机理  

3.6.1 理论模型  

3.6.2 模型结果分析  

3.7 静态轴向循环加卸载疲劳蠕变裂纹恢复机理  

3.7.1 理论模型  

3.7.2 模型结果分析  

3.8 压缩蠕变局部裂纹成核损伤突变机理  

3.8.1 理论模型——变形突变现象  

3.8.2 模型结果分析  

3.8.3 理论模型——应力突变现象  

3.8.4 模型结果分析  

3.9 本章小结  

参考文献  

第四章 脆性岩石动态压缩宏细观断裂力学模型  

4.1 动态压缩应力与裂纹扩展关系  

4.1.1 理论模型  

4.1.2 模型结果分析  

4.2 动态压缩应力与应变关系  

4.2.1 理论模型  

4.2.2 模型结果分析  

4.3 变速率影响下的动态宏细观力学机理  

4.3.1 理论模型  

4.3.2 模型结果分析  

4.4 考虑裂纹角度影响下的动态力学机理  

4.4.1 理论模型  

4.4.2 模型结果分析  

4.5 动态压缩岩石的剪切断裂力学机理  

4.5.1 理论模型  

4.5.2 模型结果分析  

4.6 本章小结  

参考文献