●《岩石力學與工程研究著作叢書》序
《岩石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章緒論1
1.1岩體損傷力學機理的試驗研究3
1.1.1現場原位試驗3
1.1.2物理模擬試驗4
1.1.3數值模擬試驗6
1.2岩體的各向異性強度準則7
1.2.1基於張量及不變量的各向異性強度理論7
1.2.2基於材料參數修正的各向異性強度理論8
1.3岩體的各向異性損傷本構模型9
1.3.1基於傳統方法的岩體各向異性損傷本構模型9
1.3.2混凝土材料的微平面模型11
1.3.3介質概念的岩體微平面損傷模型13
1.4本章小結14
參考文獻15
第2章節理岩體模擬試件的單軸壓縮試驗25
2.1試驗參數和方法25
2.1.1試件尺寸和節理網絡參數25
2.1.2岩石模擬材料的選取27
2.1.3材料配比及力學參數測定28
2.1.4試件的制作方法28
2.1.5試件的數量29
2.1.6單軸壓縮試驗設備30
2.2試件的應力-應變全曲線及其分類30
2.2.1各組試件的應力-應變全曲線30
2.2.2應力-應變全曲線的類型32
2.3試件的峰值強度和彈性模量35
2.3.1強度和彈性模量的變化規律35
2.3.2強度和彈性模量隨節理連通率變化的擬合函數37
2.4試件的延性指標41
2.4.1常用的延性或脆性指標41
2.4.2試件延性指標的變化規律42
2.5試件的開裂過程和破壞模式44
2.5.1起裂類型44
2.5.2裂紋彙合貫通類型48
2.5.3破壞模式55
2.6宏觀力學行為的損傷力學機制分析56
2.6.1應力-應變全曲線類型的損傷力學機理56
2.6.2強度各向異性變化規律的損傷力學機理59
2.7本章小結60
參考文獻61
第3章單軸壓縮試驗中試件的表面裂紋演化特征分析63
3.1二維數字圖像處理技術及表面裂紋統計參量的計算方法64
3.1.1各試件代表性圖像的選取64
3.1.2二維灰度圖像的增強和二值化66
3.1.3單個裂紋的識別和參數統計69
3.1.4表面裂紋的總面積分數和分形維數70
3.2表面裂紋的總面積分數和分形維數隨軸向應變的演化71
3.2.1各試件表面裂紋的總面積分數和分形維數隨軸向應變的變化曲線71
3.2.2表面裂紋的總面積分數和分形維數演化隨節理參數的變化特征81
3.3特征點的裂紋面積分數和分形維數隨節理參數的變化規律85
3.4表面裂紋面積分數角度分布特征隨節理參數的變化規律88
3.4.1各試件特征點處的表面裂紋二值化圖像88
3.4.2各試件特征點處表面裂紋面積分數的角度分布95
3.5本章小結112
參考文獻113
第4章單軸壓縮試驗後試件的破碎特征分析115
4.1篩分試驗的方法和步驟116
4.1.1篩分試驗方法116
4.1.2篩分試驗步驟117
4.2篩分試驗的結果119
4.2.1各試件篩分試驗的粗粒和中粒照片119
4.2.2各試件破碎體的粒級-質量129
4.2.3各試件破碎體的粒級-頻數131
4.3破碎體的塊度分布特征132
4.3.1質量百分比132
4.3.2各粒級的頻數135
4.3.3比表面積137
4.3.4分形維數142
4.4本章小結和討論144
參考文獻146
第5章裂隙岩體起裂機制分析147
5.1遠場壓力下單個橢圓裂隙彈性應力場的解析解148
5.1.1平面問題彈性應力的復變函數解及保角變換148
5.1.2 skhelishvili的極坐標解析解149
5.1.3Stevenson的橢圓坐標解析解151
5.1.4橢圓孔周圍的應力場分布及應力集中繫數152
5.2基於兩種破裂機制的破裂判據、破裂函數及臨界荷載161
5.2.1拉破裂的判據、破裂函數和開裂臨界荷載161
5.2.2剪破裂的判據、破裂函數和開裂臨界荷載165
5.3多裂隙岩體開裂機制模擬分析170
5.3.1幾何模型171
5.3.計算網格173
5.3.3應力計算結果177
5.3.4開裂機制分析187
5.4與裂隙岩體起裂的試驗結果對比189
5.5本章小結191
參考文獻191
第6章方向分布函數及其組構張量193
6.1方向分布標量函數及其組構張量193
6.1.1單位方向矢量各階並矢及其方向平均194
6.1.2兩個張量並積關於指標接近對稱化的記法199
6.1.3方向分布標量函數的第一類組構張量200
6.1.4方向分布標量函數的第二類組構張量203
6.1.5方向分布標量函數的第三類組構張量206
6.2方向分布矢量函數及其組構張量212
6.2.1單位張量和任意矢量與單位方向矢量並失組成的兩個特殊張量212
6.2.2方向分布矢量函數法向分量（標量）的第一類組構張量217
6.2.3方向分布矢量函數的第一類組構張量219
6.2.4方向分布矢量函數的第二類組構張量222
6.2.5方向分布矢量函數的第三類組構張量225
6.3本章小結227
參考文獻229
第7章基於組構張量的岩體各向異性屈服或強度準則230
7.1微平面模型的宏細觀聯繫框架230
7.1.1代表性的宏觀物理量和微平面上的細觀物理量230
7.1.2微平面物理量和宏觀物理量間的聯繫232
7.2基於微平面有效應力的岩體各向異性損傷屈服準則237
7.2.1宏觀應力張量不變量的微平面表達式238
7.2.2各向同性強度準則及其微平面表述240
7.2.3微平面有效應力矢量、宏觀有效應力張量及其不變量242
7.2.4材料主軸坐標繫內的岩體各向異性屈服準則248
7.3考慮材料參數方向分布的岩體各向異性強度準則251
7.3.1岩體強度參數的各向異性分布251
7.3.2各向異性岩體的拉、剪破壞條件252
7.3.3岩體的各向異性抗拉強度準則253
7.3.4岩體的各向異性抗剪強度準則254
7.3.5主應力空間內的岩體各向異性強度準則破壞面259
7.4本章小結266
參考文獻268
第8章岩體的各向異性損傷本構模型269
8.1岩體微介質模型的宏細觀聯繫框架269
8.1.1岩體微介質模型的基本假設269
8.1.2微平面法向和切向都不分解形式的宏細觀聯繫框架271
8.1.3微平面法向分解、切向不分解形式的宏細觀聯繫框架273
8.1.4微平面法向不分解、切向分解形式的宏細觀聯繫框架275
8.1.5微平面模型建立宏觀本構方程的步驟及單位球面數值積分277
8.2各向同性材料的微平面彈性本構關繫及彈性常數283
8.2.1法向和切向都不分解形式的微平面彈性本構關繫及彈性常數283
8.2.2法向分解、切向不分解形式的微平面彈性本構關繫及彈性常數285
8.2.3法向不分解、切向分解形式的微平面彈性本構關繫及彈性常數287
8.3岩體的塑性損傷耦合微平面模型288
8.3.1微平面損傷變量的組構張量288
8.3.2岩體的損傷彈性本構方程290
8.3.3岩體微平面的損傷彈塑性本構關繫295
8.3.4岩體的宏觀彈塑性本構方程300
8.3.5岩體的塑性損傷耦合微平面模型計算流程301
8.3.6算例303
8.4基於應力邊界的岩體各向異性損傷微平面模型306
8.4.1微平面上岩體和兩個的應變增量306
8.4.2微平面上兩個的彈性試應力307
8.4.3微平面上兩個的應力-應變邊界方程308
8.4.4微平面上的岩體應力矢量和岩體宏觀應力張量312
8.4.5微平面的損傷演化方程312
8.4.6基於應力邊界的岩體各向異性損傷微平面模型計算流程314
8.4.7算例315
8.5本章小結327
參考文獻328
第9章考慮岩體各向異性的油井井筒穩定性分析330
9.1考慮岩體各向異性的井壁穩定彈性分析330
9.1.1地應力主軸、岩體材料主軸和井筒的坐標繫331
9.1.2井筒周圍岩體的彈性應力場335
9.1.3考慮岩體各向異性的井壁穩定彈性分析模型及軟件345
9.1.4算例349
9.2考慮岩體各向異性的井壁穩定彈塑性分析353
9.2.1分析方法及計算參數353
9.2.2分析結果355
9.3本章小結358
參考文獻359
彩圖

本書主要介紹岩體裂隙網絡各向異性損傷力學效應的試驗、理論研究和工程應用。在試驗研究方面，以裂隙岩體模擬試件的單軸壓縮試驗為基礎，采用數字圖像處理、篩分試驗模擬分別對試件的表面裂紋演化特征、破碎特征和起裂機制進行分析，研究試件宏觀各向異性、非線性力學響應與其裂隙網絡幾何參數的相關關繫，揭示裂隙岩體的損傷機理。在理論研究方面，以微介質模型為出發點建立了岩體本構關繫研究的新框架，討論了標量和矢量的方向分布函數及其各階組構張量、岩體的各向異性損傷強度準則和岩體的微平面損傷本構模型。在工程應用方面，考慮岩體各向異性對油井井壁的穩定性進行了彈性和彈塑性分析。本書可作為土木、水利、采礦、地質等專業從事岩石力學、損傷力學研究的大專院校教師、研究生和科研院所研究人員的參考書。