巖體動(dòng)力變形與破壞的基本問(wèn)題

前言

　　時(shí)間與空間是物質(zhì)存在及運(yùn)動(dòng)的基本屬性，地質(zhì)材料的變形與破壞也不例外。這里所指地質(zhì)材料的空間屬性不僅僅是地質(zhì)材料的空間延伸特性，更重要的是地質(zhì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)層次。時(shí)間特性不僅僅是指地質(zhì)材料變形破壞的時(shí)間進(jìn)程，也指與地質(zhì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的時(shí)間尺度。經(jīng)典的彈塑性力學(xué)通常假定介質(zhì)是連續(xù)的、均勻的、各向同性的，介質(zhì)的變形與破壞是瞬間發(fā)生的。這種處理方法可以大大簡(jiǎn)化分析過(guò)程，能夠取得很多有益的理論分析成果。但是這些假設(shè)的不合理性也是顯而易見的，這些假設(shè)使得分析模型中材料的結(jié)構(gòu)被抹平了，材料失去了內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征尺寸；忽略了變形破壞的時(shí)間過(guò)程，忽略了材料變形與破壞的速度是有限的，因而得到的結(jié)果是不真實(shí)的?！　‰S著研究的深入，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到在材料變形破壞過(guò)程中材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及時(shí)間因素的重要性。巖體作為一種自然形成的材料具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。人們對(duì)于巖體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)也由來(lái)已久，但是把巖體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看作是有序的、并提出了巖體的塊體層次結(jié)構(gòu)概念的是Sadovsky。他在20世紀(jì)70年代末提出了這一概念，20多年來(lái)經(jīng)過(guò)很多人的理論及試驗(yàn)研究，這種概念得到了證實(shí)，在這一領(lǐng)域理論及試驗(yàn)研究得到了很大的進(jìn)展。時(shí)間因素的重要性學(xué)者們也很早就注意到了，在外載低于準(zhǔn)靜強(qiáng)度限時(shí)，對(duì)于材料變形與破壞的熱活化性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的理論及大量的試驗(yàn)研究的是蘇聯(lián)科學(xué)院列寧格勒約飛物理技術(shù)研究所（蘇聯(lián)的諾貝爾獎(jiǎng)?chuàng)u籃）的Zhurkov及其學(xué)派。他們經(jīng)過(guò)大量的理論及試驗(yàn)研究得到了材料破壞時(shí)間的Zhurkov公式，把材料的破壞時(shí)間與外載、溫度及材料參數(shù)聯(lián)系了起來(lái)，得到了材料中微裂紋連結(jié)的密度準(zhǔn)則。其他學(xué)者就材料在靜載及動(dòng)載作用下材料破壞的時(shí)間準(zhǔn)則進(jìn)行了大量的研究，取得了豐碩的成果。但是在材料的變形與破壞領(lǐng)域，在考慮時(shí)間及材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面還有許多問(wèn)題需要研究。近十年來(lái)，作者在這一方向進(jìn)行了研究，得到了一些成果，這些成果被融進(jìn)了本書。

內(nèi)容概要

本書利用力學(xué)、物理學(xué)、協(xié)同學(xué)等的理論及方法研究了巖體動(dòng)力變形與破壞的基本問(wèn)題。這些問(wèn)題包括巖體變形破壞的微觀動(dòng)力機(jī)理、巖體的強(qiáng)度理論、巖體的動(dòng)力破壞規(guī)律及非平衡過(guò)程、巖體變形破壞的動(dòng)力模型、爆炸波在巖體中的傳播規(guī)律、巖體的構(gòu)造層次及其成因、巖體的構(gòu)造層次及其力學(xué)行為、應(yīng)力波對(duì)于地下坑道的動(dòng)力作用、深部巷道圍巖變形的時(shí)間過(guò)程、微粒子對(duì)于固體的超深侵徹機(jī)理。本書對(duì)時(shí)間因素及巖體的構(gòu)造層次因素對(duì)于巖體動(dòng)力變形破壞的影響給予了特別的關(guān)注，并取得了許多獨(dú)特的成果?！　”緯晒┑V業(yè)工程、巖土工程、防護(hù)工程、地下工程、地球物理學(xué)、固體力學(xué)等專業(yè)的師生、科研工作者及工程師學(xué)習(xí)參考。

書籍目錄

前言引言 參考文獻(xiàn) 第1章 材料變形及損傷演化的微觀物理動(dòng)力機(jī)理 　1.1 基于微觀物理動(dòng)力機(jī)理的變形及損傷演化的基本方程 　1.2 不考慮損傷對(duì)轉(zhuǎn)換概率影響時(shí)材料的變形及損傷 　1.3 考慮損傷對(duì)轉(zhuǎn)換概率影響時(shí)材料的變形及損傷 　1.4 結(jié)論 　參考文獻(xiàn) 　第2章 固體材料的強(qiáng)度理論及動(dòng)力破壞的一些特性 　2.1 經(jīng)典的強(qiáng)度理論 　2.2 雙剪理論及統(tǒng)一強(qiáng)度理論 　2.3 固體的統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度理論 　2.4 一些考慮時(shí)間及構(gòu)造的強(qiáng)度理論 　2.5 關(guān)于材料動(dòng)力破壞的一些特性 　2.6 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第3章 關(guān)于剝離的非平衡動(dòng)力過(guò)程及混合破壞準(zhǔn)則 　3.1 已有的一些破壞動(dòng)力過(guò)程的研究 　3.2 剝離破壞非平衡動(dòng)力過(guò)程 　3.3 剝離破壞的混合破壞準(zhǔn)則 　3.4 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章 硬巖變形與破壞的動(dòng)力模型 　4.1 概述 　4.2 硬巖破碎區(qū)的力學(xué)行為 　4.3 堅(jiān)硬巖體非破壞區(qū)的力學(xué)模型 　4.3 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第5章 半堅(jiān)硬巖石的動(dòng)力模型 　5.1 概述 　5.2 半堅(jiān)硬孔隙介質(zhì)的一種本構(gòu)關(guān)系 　5.3 半堅(jiān)硬巖石的實(shí)用動(dòng)力模型 　5.4 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第6章 巖石中爆炸波的傳播及巖石的破壞規(guī)律 　6.1 基本實(shí)驗(yàn)結(jié)果 　6.2 自由表面對(duì)介質(zhì)爆炸變形的影響 　6.3 爆炸作用下巖石變形破壞區(qū)劃的解析解 　6.4 球面波在具有內(nèi)摩擦的介質(zhì)中的衰減規(guī)律 　6.5 在具有硬化、內(nèi)摩擦及膨脹的巖石中應(yīng)力波的衰減 　6.6 巖石強(qiáng)度的應(yīng)變率依賴性對(duì)于應(yīng)力波傳播及巖石破壞的影響 　6.7 巖石的力學(xué)性質(zhì)對(duì)于巖石的變形與破壞的影響 　6.8 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第7章 材料變形及破壞的微細(xì)宏觀層次 　7.1 材料變形與破壞的微觀水平 　7.2 細(xì)觀水平上的變形及破壞描述　7.3 變形與破壞的宏觀水平 　7.4 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第8章 巖體的構(gòu)造層次 　8.1 概述 　8.2 嵌入系數(shù)的物理實(shí)質(zhì) 　8.3 巖體的構(gòu)造層次形成的外部原因 　8.4 巖體構(gòu)造層次形成的內(nèi)在物理原因 　8.5 不同的結(jié)構(gòu)層次上巖體變形破壞的能量關(guān)系 　8.6 地質(zhì)體的構(gòu)造層次變形破壞的動(dòng)力特性及地震預(yù)報(bào) 　8.7 巖體的非均勻構(gòu)造模型及彈性波的衰減 　8.8 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第9章 固體構(gòu)造層次及其力學(xué)行為 　9.1 巖體的構(gòu)造層次及其黏性 　9.2 巖石等脆性材料動(dòng)力強(qiáng)度依賴應(yīng)變率的物理機(jī)制 　9.3 動(dòng)載作用下材料動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)方面的特性 　9.4 巖體的平均破壞塊體尺寸及塊體尺寸分布 　9.5 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第10章 應(yīng)力波對(duì)于地下坑道的動(dòng)力作用 　10.1 應(yīng)力波對(duì)于坑道的作用 　10.2 擬靜法求解長(zhǎng)應(yīng)力波對(duì)于坑道襯砌的作用 　10.3 巖體的動(dòng)力特性及坑道震塌規(guī)律的實(shí)驗(yàn)及理論研究 　10.4 作用于坑道上的動(dòng)力載的實(shí)用計(jì)算方法 　10.5 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第11章 深部巷道圍巖變形的時(shí)間過(guò)程 　11.1 極限應(yīng)力后的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 　11.2 基于彈塑性模型的巷道周圍的應(yīng)力狀態(tài) 　11.3 深部巷道圍巖的流變 　11.4 深部巷道巖體的分區(qū)破裂化現(xiàn)象 　11.5 總結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第12章 固體的受激狀態(tài)及微粒子對(duì)于固體的超深侵徹 　12.1 微粒子對(duì)于靶體的超深侵徹及其特點(diǎn) 　12.2 微粒子對(duì)于靶體的超深侵徹機(jī)理的研究情況 　12.3 微粒子超深侵徹機(jī)理的連續(xù)介質(zhì)模型 　12.4 超深侵徹微粒子阻力異常低的物理機(jī)理 　12.5 結(jié)論 　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第3章　關(guān)于剝離的非平衡動(dòng)力過(guò)程及混合破壞準(zhǔn)則　　在外載作用下材料的宏觀行為是材料內(nèi)部構(gòu)造變化的外在表現(xiàn)，因此揭示材料的內(nèi)部構(gòu)造變化對(duì)于描述材料的宏觀行為具有重要意義。本章基于熱力學(xué)定律研究了材料在外載作用下的損傷演化過(guò)程。從分析可以看出，材料在強(qiáng)烈應(yīng)力波作用下的損傷演化過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)烈非平衡過(guò)程，線性近似不能很好地描述它。并基于密度準(zhǔn)則及微損傷的統(tǒng)計(jì)描述，建議了一個(gè)混合的破壞準(zhǔn)則?！　?.1　已有的一些破壞動(dòng)力過(guò)程的研究　　在強(qiáng)烈非平穩(wěn)動(dòng)載作用下，固體的變形與破壞的描述仍然是固體力學(xué)的一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，其復(fù)雜性在于發(fā)生于微觀水平上的物理過(guò)程的多樣性。不引入某些唯象的概念及假設(shè)而僅僅依賴于一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，未必能確定描述固體破壞過(guò)程的定量規(guī)律?！　”娝苤腆w破壞過(guò)程的根本是各種微缺陷的產(chǎn)生及發(fā)展，如位錯(cuò)、微孔洞、微裂紋等的形成及發(fā)展。因此為了確定介質(zhì)的變形與破壞規(guī)律，需要首先確定微缺陷的生成及發(fā)展。　　在應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法描述破壞時(shí)，應(yīng)引入?yún)?shù)的相空間，借助于這些參數(shù)來(lái)描述微缺陷的狀態(tài)及微缺陷在這一相空間的分布函數(shù)。根據(jù)微缺陷的產(chǎn)生及演化規(guī)律，確定分布函數(shù)的支配方程。借助于這一分布函數(shù)，確定各種量的平均值，這些平均值在宏觀水平上為模型的待求物理參數(shù)。而且借助于這一分布函數(shù)，在微缺陷之間的距離與微缺陷大小相比足夠大時(shí)確定模型的支配關(guān)系。如果這一條件不能滿足，那么就不能忽略臨近缺陷對(duì)缺陷周圍的應(yīng)力狀態(tài)的影響，這時(shí)過(guò)程的描述更加復(fù)雜，這是破壞的微觀力學(xué)應(yīng)該研究的課題?！　∥ㄏ蠓ㄓ昧硪环N途徑來(lái)描述材料的變形與破壞過(guò)程?；谥X(jué)與想象，引入各種宏觀物理量，然后根據(jù)各種假設(shè)來(lái)獲得這些物理量所要滿足的規(guī)律。雖然連續(xù)介質(zhì)力學(xué)也考慮了微缺陷的存在，但在建立支配方程時(shí)，卻不考慮單個(gè)微缺陷的力學(xué)行為。　　統(tǒng)計(jì)方法也類似地描述材料的變形與破壞，引入微缺陷分布函數(shù)來(lái)反映發(fā)生于微觀水平上的損傷破壞過(guò)程，即描述整個(gè)缺陷的群體行為。

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