岩石断裂力学

　　《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．

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目录前言主要符号表外国人名译名对照表第1章绪论11．1岩石断裂力学的内容和意义11．2岩石结构的不均匀性和力学特征31．3岩石的全应力应变曲线51．4岩石破坏的类型71．4．1纵向破裂71．4．2剪切破坏81．4．3拉伸破裂81．5地壳中的断层8第2章线弹性断裂力学112．1格里菲斯理论和断裂力学的发展112．2克罗索夫穆斯海里什维里应力函数142．2．1裂纹的三种基本类型142．2．2克罗索夫穆斯海里什维里函数142．2．3Ⅰ型裂纹的KM应力函数152．2．4Ⅱ型裂纹的KM应力函数162．3威斯特嘎德应力函数———Ⅰ型裂纹172．3．1威斯特嘎德应力函数172．3．2含Ⅰ型裂纹无限大板的应力分布172．3．3Ⅰ型裂纹的威斯特嘎德函数与KM应力函数的换算关系182．3．4含Ⅰ型裂纹无限大板的位移场192．3．5Ⅰ型裂纹周围应力和位移的辐角式192．3．6Ⅰ型裂纹面上的位移202．3．7Ⅰ型裂纹周围应力分布的全场图212．3．8Ⅰ型裂纹端部的应力与位移232．4威斯特嘎德应力函数———Ⅱ型裂纹252．4．1无限大板含中心Ⅱ型裂纹的威斯特嘎德应力函数252．4．2Ⅱ型裂纹的威斯特嘎德函数与KM应力函数的关系262．4．3Ⅱ型裂纹周围应力和位移的辐角式262．4．4Ⅱ型裂纹面上的位移262．4．5Ⅱ型裂纹周围的应力全场分布图形272．4．6Ⅱ型裂纹端部的应力与位移292．5威斯特嘎德应力函数———Ⅲ型裂纹302．5．1无限大板含中心Ⅲ型裂纹的威斯特嘎德应力函数302．5．2Ⅲ型裂纹周围全场应力和位移的辐角式322．5．3Ⅲ型裂纹面上的位移322．5．4受远场剪切力Ⅲ型裂纹周围全场应力分布图形322．5．5Ⅲ型裂纹端部附近的应力和位移342．6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413．1应力强度因子与断裂韧性413．1．1应力强度因子的基本概念413．1．2断裂韧性423．1．3应力强度因子的计算423．2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463．2．1集中力463．2．2集中力及集中力偶作用时的应力强度因子473．3其他一些情况下求应力强度因子493．3．1集中力作用于裂纹上表面493．3．2相等的集中力作用于裂纹上下表面的对应点上503．3．3裂纹面上作用一对集中力的威斯特嘎德函数513．3．4裂纹面上作用对称于x、y轴的集中力523．3．5裂纹面上作用对称于x、y轴的分布载荷533．3．6裂纹面上受对称于x轴的任意分布载荷的作用543．3．7裂纹面上的载荷对于x对称，但对于y反轴对称分布543．3．8有限宽板中心裂纹受无限远分布载荷的作用553．3．9有限宽板中边缘裂纹受无限远分布载荷的作用553．3．10有限宽板中心裂纹受有限远对称于x轴点载荷的作用553．3．11应用叠加原理求K的例子563．3．12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573．4能量释放率及其与应力强度因子间的关系573．4．1基本概念573．4．2常位移的情形593．4．3常载荷的情况603．4．4更一般的情形613．4．5贝克纳尔公式613．4．6G与K之间的关系643．4．7裂纹应变能653．4．8两种判据的等效条件66第4章脆性断裂的判据与相似性定理674．1基本概念674．1．1破裂判据674．1．2受压裂纹问题的特殊性674．2**环向应力理论684．2．1**环向张应力准则684．2．2应力只保留奇异项的分析694．2．3裂纹开始扩展的应力条件714．2．4单轴拉伸条件下含斜裂纹材料的抗拉脆断能力724．2．5应力保留到零阶项修正744．3应变能密度因子理论774．3．1应变能密度因子的概念774．3．2应用784．4**能量释放率理论814．5**张应力理论824．5．1**张应力判据824．5．2欧拉角极值搜索法834．6库仑莫尔准则834．6．1库仑莫尔准则834．6．2拜尔利定律874．7岩石失稳破坏的条件904．7．1加载系统的刚度904．7．2失稳条件914．8相似理论和岩石断裂力学实验设计基础934．8．1量纲分析的基本概念944．8．2相似**定理954．8．3用方程式分析结构相似964．8．4相似第二定理———π定理994．8．5弹性力学静力学的相似关系1034．8．6需要说明的问题1054．8．7相似第三定理1064．8．8弹性结构中的相似性1064．8．9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1115．1引言1115．2岩石微裂纹的演化与成核1115．2．1热缺陷与热激活1115．2．2缺陷的塞积与微裂纹的成核1125．2．3微裂纹的演化导致成核的实验观测1145．2．4过程区1155．2．5微破裂成核理论1155．2．6岩石破裂成核的分形1175．3损伤理论介绍1175．3．1损伤变量1175．3．2细观非均匀性的表征及其统计分布1195．3．3统计细观损伤力学介绍1195．4内聚力模型1205．4．1自相似内聚带———Ⅰ型裂纹1205．4．2非自相似内聚带模型———Ⅱ或Ⅲ型裂纹1215．5岩石的塑性1225．5．1塑性理论的基本概念1225．5．2Mises屈服条件1255．5．3Tresca屈服条件1265．6裂纹端部塑性区大小的估算1265．6．1塑性区尺寸的一级估算1265．6．2塑性区应力松弛的影响———塑性区尺寸的二级估算1285．6．3Irwin的等效裂纹修正1295．6．4带状屈服模型1305．7裂纹端部张开位移δ1315．7．1COD判据1315．7．2帕里斯位移公式1325．7．3无限远处均匀应力σ产生的张开位移1345．7．4点力对引起的张开位移1355．7．5分布力引起的张开位移1355．7．6DGM模型的裂纹**张开位移1365．8裂纹扩展阻力R和亚临界扩展1375．8．1微裂纹的亚临界扩展1375．8．2在塑性条件下的断裂准则1395．9J积分1415．9．1J积分的定义1415．9．2J积分的守恒性1425．9．3J积分与K及G的关系143第6章扁椭圆裂纹模式1476．1保角变换—曲线坐标中的复势、应力和位移1476．2无限大平板中椭圆孔受均布作用力的问题1486．2．1椭圆坐标系1486．2．2无限大平板中椭圆孔受单向拉伸问题1496．2．3椭圆变成一条直裂纹的情形1516．2．4含椭圆孔的无限平板受双向拉伸的问题1526．2．5含椭圆孔的无限平板受纯剪应力的问题1526．2．6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1526．3受压情况下的扁椭圆裂纹模型1536．3．1压力下孔边**张应力1536．3．2使孔边**张应力为**的β值1566．3．3扁椭圆孔受压闭合的条件1586．4扁椭圆裂纹模式的格里菲斯破坏准则1596．4．1二维扁椭圆裂纹模式的格里菲斯破坏准则1596．4．2裂纹表面间的摩擦效应与修正的格里菲斯破坏准则1606．4．3格里菲斯准则的默雷尔推广1626．5用向圆保角变换方法解扁椭圆孔问题1646．5．1向圆保角变换方法的基本步骤1646．5．2平面上的克罗索夫公式及边界条件的坐标变换1656．5．3孔口问题1676．5．4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1747．1扰动应力、背景应力与**应力1747．1．1叠加原理的应用1747．1．2自由裂纹面的扰动应力函数1757．1．3非自由裂纹面的扰动应力1767．2含孔隙压力的Ⅰ型裂纹1767．2．1含孔隙压力的受压Ⅰ型裂纹1767．2．2裂纹扰动应力场1777．2．3裂纹扰动位移场1797．2．4有孔隙压力Ⅰ型裂纹的总应力1807．3受单轴压的斜裂纹1817．3．1边界条件1817．3．2受单轴压(斜)Ⅱ型裂纹的扰动位移场1867．3．3受单轴压Ⅱ型裂纹周围的总(**)应力1877．4叠加单轴压的Ⅲ型裂纹1897．4．1边界条件1897．4．2Ⅲ型裂纹的扰动应力场1907．4．3受压Ⅲ型裂纹的扰动位移场1917．4．4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1938．1单轴压力下裂纹扩展实验原理1938．1．1实验条件1938．1．2裂纹扩展的条件1958．2单轴压力下裂纹或切口扩展实验研究1968．2．1实验的设计1968．2．2裂纹的预制1978．2．3受压闭合裂纹的扩展特征1988．2．4受压切口的扩展1998．2．5初始破裂的监测1998．2．6破裂过程的稳定性2008．2．7裂纹面相互作用的不均匀性2008．2．8摩擦系数f对抗脆断能力的影响2018．2．9裂纹扩展起始的应力条件2028．2．10有机玻璃板中心裂纹在单轴压力下的破裂2038．3用非自相似内聚带理论拟合翼状破裂扩展途径2048．3．1计算方法2048．3．2计算结果2068．4单轴压力下的断裂角实验结果分析2078．5受单轴压切口破裂实验结果的分析2108．6高围压下的断裂实验2118．6．1实验原理2118．6．2实验技术与方法2138．6．3实验结果2168．7差应力下岩石的体积膨胀2178．8含切口岩石的破裂过程可见光透视观察2198．8．1大理石薄板可见光透视方法2198．8．2单一的中心穿透切口2208．9岩石破裂透视实验结果的理论分析2228．10利用巴西圆盘试验测定岩石的抗拉强度2238．10．1引言2238．10．2巴西圆盘内各点应力解析解2248．10．3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2299．1基本概念2299．2受拉共线斜裂纹问题的理论解2299．2．1基本解2299．2．2应力强度因子2329．2．3裂纹内间距对裂纹之间相互关系的影响2339．3受压共线斜裂纹问题的理论解2349．3．1基本解2349．3．2应力强