岩石断裂力学 本书特色
《岩石断裂力学》主要论述断裂力学的基础理论及其在岩土工程与地球科学中的应用,涉及岩土工程安全、震源物理、矿山地震等跨尺度的岩体破裂问题．基础理论部分包括线弹性断裂力学、非线性断裂力学,断裂力学参数和破裂物理判据,侧重于压力之下岩石内部的微裂纹的萌生、演化、集结(成核),破裂周围的应力场和位移场,破裂扩展途径,断层的剪切破坏,三维脆性破裂问题以及地震破裂在地表的出露等．延拓与应用部分主要包括岩石断裂的物理要素、物理效应及其地面物理测度．物理要素首先是应力条件,其次是流体的参与,再次是破裂面的滑动弱化或速率强化．这些要素不仅决定破裂的起始,还决定着破裂的停止．破裂的物理效应主要探讨声学现象,包括声发射(地震活动性)、波速变化、波速各向异性、低频辐射等．地面物理测度主要讨论上述物理效应在地面的可测问题,以声学现象为主．《岩石断裂力学》引进了模拟实验的相似性理论,以论证岩石破裂实验怎样设计才能满足向大尺度外推的条件,对数值模拟也作了一定的介绍．
岩石断裂力学 内容简介
《岩石断裂力学》可供高等院校有关专业的研究生教学使用和有关研究人员参考．
岩石断裂力学 目录
目录
前言
主要符号表外国人名译名对照表
第1章绪论1
1．1岩石断裂力学的内容和意义1
1．2岩石结构的不均匀性和力学特征3
1．3岩石的全应力应变曲线5
1．4岩石破坏的类型7
1．4．1纵向破裂7
1．4．2剪切破坏8
1．4．3拉伸破裂8
1．5地壳中的断层8
第2章线弹性断裂力学11
2．1格里菲斯理论和断裂力学的发展11
2．2克罗索夫穆斯海里什维里应力函数14
2．2．1裂纹的三种基本类型14
2．2．2克罗索夫穆斯海里什维里函数14
2．2．3ⅰ型裂纹的km应力函数15
2．2．4ⅱ型裂纹的km应力函数16
2．3威斯特嘎德应力函数———ⅰ型裂纹17
2．3．1威斯特嘎德应力函数17
2．3．2含ⅰ型裂纹无限大板的应力分布17
2．3．3ⅰ型裂纹的威斯特嘎德函数与km应力函数的换算关系18
2．3．4含ⅰ型裂纹无限大板的位移场19
2．3．5ⅰ型裂纹周围应力和位移的辐角式19
2．3．6ⅰ型裂纹面上的位移20
2．3．7ⅰ型裂纹周围应力分布的全场图21
2．3．8ⅰ型裂纹端部的应力与位移23
2．4威斯特嘎德应力函数———ⅱ型裂纹25
2．4．1无限大板含中心ⅱ型裂纹的威斯特嘎德应力函数25
2．4．2ⅱ型裂纹的威斯特嘎德函数与km应力函数的关系26
2．4．3ⅱ型裂纹周围应力和位移的辐角式26
2．4．4ⅱ型裂纹面上的位移26
2．4．5ⅱ型裂纹周围的应力全场分布图形27
2．4．6ⅱ型裂纹端部的应力与位移29
2．5威斯特嘎德应力函数———ⅲ型裂纹30
2．5．1无限大板含中心ⅲ型裂纹的威斯特嘎德应力函数30
2．5．2ⅲ型裂纹周围全场应力和位移的辐角式32
2．5．3ⅲ型裂纹面上的位移32
2．5．4受远场剪切力ⅲ型裂纹周围全场应力分布图形32
2．5．5ⅲ型裂纹端部附近的应力和位移34
2．6破裂周围应力的近场式与全场式的关系35
第3章应力强度因子、断裂韧性和能量释放率41
3．1应力强度因子与断裂韧性41
3．1．1应力强度因子的基本概念41
3．1．2断裂韧性42
3．1．3应力强度因子的计算42
3．2无限大裂纹体中集中力及集中力偶作用时的应力强度因子46
3．2．1集中力46
3．2．2集中力及集中力偶作用时的应力强度因子47
3．3其他一些情况下求应力强度因子49
3．3．1集中力作用于裂纹上表面49
3．3．2相等的集中力作用于裂纹上下表面的对应点上50
3．3．3裂纹面上作用一对集中力的威斯特嘎德函数51
3．3．4裂纹面上作用对称于x、y轴的集中力52
3．3．5裂纹面上作用对称于x、y轴的分布载荷53
3．3．6裂纹面上受对称于x轴的任意分布载荷的作用54
3．3．7裂纹面上的载荷对于x对称，但对于y反轴对称分布54
3．3．8有限宽板中心裂纹受无限远分布载荷的作用55
3．3．9有限宽板中边缘裂纹受无限远分布载荷的作用55
3．3．10有限宽板中心裂纹受有限远对称于x轴点载荷的作用55
3．3．11应用叠加原理求k的例子56
3．3．12无限大弹性体中有一圆盘形裂纹，无限远处在垂直于裂纹面的方向上作用均匀拉应力57
3．4能量释放率及其与应力强度因子间的关系57
3．4．1基本概念57
3．4．2常位移的情形59
3．4．3常载荷的情况60
3．4．4更一般的情形61
3．4．5贝克纳尔公式61
3．4．6g与k之间的关系64
3．4．7裂纹应变能65
3．4．8两种判据的等效条件66
第4章脆性断裂的判据与相似性定理67
4．1基本概念67
4．1．1破裂判据67
4．1．2受压裂纹问题的特殊性67
4．2**环向应力理论68
4．2．1**环向张应力准则68
4．2．2应力只保留奇异项的分析69
4．2．3裂纹开始扩展的应力条件71
4．2．4单轴拉伸条件下含斜裂纹材料的抗拉脆断能力72
4．2．5应力保留到零阶项修正74
4．3应变能密度因子理论77
4．3．1应变能密度因子的概念77
4．3．2应用78
4．4**能量释放率理论81
4．5**张应力理论82
4．5．1**张应力判据82
4．5．2欧拉角极值搜索法83
4．6库仑莫尔准则83
4．6．1库仑莫尔准则83
4．6．2拜尔利定律87
4．7岩石失稳破坏的条件90
4．7．1加载系统的刚度90
4．7．2失稳条件91
4．8相似理论和岩石断裂力学实验设计基础93
4．8．1量纲分析的基本概念94
4．8．2相似**定理95
4．8．3用方程式分析结构相似96
4．8．4相似第二定理———π定理99
4．8．5弹性力学静力学的相似关系103
4．8．6需要说明的问题105
4．8．7相似第三定理106
4．8．8弹性结构中的相似性106
4．8．9量纲分析与相似定理在岩石断裂力学中的应用110
第5章非线性断裂力学111
5．1引言111
5．2岩石微裂纹的演化与成核111
5．2．1热缺陷与热激活111
5．2．2缺陷的塞积与微裂纹的成核112
5．2．3微裂纹的演化导致成核的实验观测114
5．2．4过程区115
5．2．5微破裂成核理论115
5．2．6岩石破裂成核的分形117
5．3损伤理论介绍117
5．3．1损伤变量117
5．3．2细观非均匀性的表征及其统计分布119
5．3．3统计细观损伤力学介绍119
5．4内聚力模型120
5．4．1自相似内聚带———ⅰ型裂纹120
5．4．2非自相似内聚带模型———ⅱ或ⅲ型裂纹121
5．5岩石的塑性122
5．5．1塑性理论的基本概念122
5．5．2mises屈服条件125
5．5．3tresca屈服条件126
5．6裂纹端部塑性区大小的估算126
5．6．1塑性区尺寸的一级估算126
5．6．2塑性区应力松弛的影响———塑性区尺寸的二级估算128
5．6．3irwin的等效裂纹修正129
5．6．4带状屈服模型130
5．7裂纹端部张开位移δ131
5．7．1cod判据131
5．7．2帕里斯位移公式132
5．7．3无限远处均匀应力σ产生的张开位移134
5．7．4点力对引起的张开位移135
5．7．5分布力引起的张开位移135
5．7．6dgm模型的裂纹**张开位移136
5．8裂纹扩展阻力r和亚临界扩展137
5．8．1微裂纹的亚临界扩展137
5．8．2在塑性条件下的断裂准则139
5．9j积分141
5．9．1j积分的定义141
5．9．2j积分的守恒性142
5．9．3j积分与k及g的关系143
第6章扁椭圆裂纹模式147
6．1保角变换—曲线坐标中的复势、应力和位移147
6．2无限大平板中椭圆孔受均布作用力的问题148
6．2．1椭圆坐标系148
6．2．2无限大平板中椭圆孔受单向拉伸问题149
6．2．3椭圆变成一条直裂纹的情形151
6．2．4含椭圆孔的无限平板受双向拉伸的问题152
6．2．5含椭圆孔的无限平板受纯剪应力的问题152
6．2．6含椭圆孔的无限平板在椭圆孔内部周边上受均布压力的问题152
6．3受压情况下的扁椭圆裂纹模型153
6．3．1压力下孔边**张应力153
6．3．2使孔边**张应力为**的β值156
6．3．3扁椭圆孔受压闭合的条件158
6．4扁椭圆裂纹模式的格里菲斯破坏准则159
6．4．1二维扁椭圆裂纹模式的格里菲斯破坏准则159
6．4．2裂纹表面间的摩擦效应与修正的格里菲斯破坏准则160
6．4．3格里菲斯准则的默雷尔推广162
6．5用向圆保角变换方法解扁椭圆孔问题164
6．5．1向圆保角变换方法的基本步骤164
6．5．2平面上的克罗索夫公式及边界条件的坐标变换165
6．5．3孔口问题167
6．5．4用向圆保角变换方法求解椭圆孔问题169
第7章受压裂纹周围的应力场174
7．1扰动应力、背景应力与**应力174
7．1．1叠加原理的应用174
7．1．2自由裂纹面的扰动应力函数175
7．1．3非自由裂纹面的扰动应力176
7．2含孔隙压力的ⅰ型裂纹176
7．2．1含孔隙压力的受压ⅰ型裂纹176
7．2．2裂纹扰动应力场177
7．2．3裂纹扰动位移场179
7．2．4有孔隙压力ⅰ型裂纹的总应力180
7．3受单轴压的斜裂纹181
7．3．1边界条件181
7．3．2受单轴压(斜)ⅱ型裂纹的扰动位移场186
7．3．3受单轴压ⅱ型裂纹周围的总(**)应力187
7．4叠加单轴压的ⅲ型裂纹189
7．4．1边界条件189
7．4．2ⅲ型裂纹的扰动应力场190
7．4．3受压ⅲ型裂纹的扰动位移场191
7．4．4受压ⅲ型裂纹周围的总应力场191
第8章受压裂纹扩展的实验研究193
8．1单轴压力下裂纹扩展实验原理193
8．1．1实验条件193
8．1．2裂纹扩展的条件195
8．2单轴压力下裂纹或切口扩展实验研究196
8．2．1实验的设计196
8．2．2裂纹的预制197
8．2．3受压闭合裂纹的扩展特征198
8．2．4受压切口的扩展199
8．2．5初始破裂的监测199
8．2．6破裂过程的稳定性200
8．2．7裂纹面相互作用的不均匀性200
8．2．8摩擦系数f对抗脆断能力的影响201
8．2．9裂纹扩展起始的应力条件202
8．2．10有机玻璃板中心裂纹在单轴压力下的破裂203
8．3用非自相似内聚带理论拟合翼状破裂扩展途径204
8．3．1计算方法204
8．3．2计算结果206
8．4单轴压力下的断裂角实验结果分析207
8．5受单轴压切口破裂实验结果的分析210
8．6高围压下的断裂实验211
8．6．1实验原理211
8．6．2实验技术与方法213
8．6．3实验结果216
8．7差应力下岩石的体积膨胀217
8．8含切口岩石的破裂过程可见光透视观察219
8．8．1大理石薄板可见光透视方法219
8．8．2单一的中心穿透切口220
8．9岩石破裂透视实验结果的理论分析222
8．10利用巴西圆盘试验测定岩石的抗拉强度223
8．10．1引言223
8．10．2巴西圆盘内各点应力解析解224
8．10．3巴西圆盘内部的应力状态分布227
第9章共线裂纹系的理论与实验研究229
9．1基本概念229
9．2受拉共线斜裂纹问题的理论解229
9．2．1基本解229
9．2．2应力强度因子232
9．2．3裂纹内间距对裂纹之间相互关系的影响233
9．3受压共线斜裂纹问题的理论解234
9．3．1基本解234
9．3．2应力强
