《深部岩體動態損傷與破裂過程》以應力波誘致岩石動態破裂這一科學問題為研究目標，提出了動態載荷作用下岩石的損傷力學本構關係，通過有限元編程，研發了數值模擬軟體，並基於此開展應力誘致岩石破裂的數值試驗。然後，基於對岩石剝落破裂、岩石爆破損傷以及岩石霍布金森壓桿破裂的數值試驗，分析了岩石動態破裂的基本特徵；通過對動態擾動觸發深部岩石巷道失穩破裂的數值試驗，闡明了動態擾動誘發圍岩損傷及觸發岩石失穩破裂的力學機理。書中所述的理論模型和數值試驗方法可用於岩石中的衝擊破碎、爆破損傷、岩爆發生機制等問題的研究，並為此類科學及工程問題的解決提供理論上的參考。
基本介紹
- 書名：深部岩體動態損傷與破裂過程
- 出版社：科學出版社
- 頁數：296頁
- 開本：5
- 作者：朱萬成 唐春安
- 出版日期：2014年6月1日
- 語種：簡體中文
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
《深部岩體動態損傷與破裂過程》可作為高等院校採礦工程、隧道與地下工程、岩體力學、防護工程等專業研究生的教學參考書，也可供從事相關專業教師、工程技術人員、研究生及高年級的本科生閱讀與參考
作者簡介
朱萬成，男，博士，東北大學教授，博士生導師，德國洪堡學者。1974年2月出生於新疆呼圖壁縣，2001年於東北大學獲得採礦工程博士學位。2006年晉升為教授，同年人選教育部“新世紀優秀人才支持計畫”，獲得第六屆遼寧青年科技獎，並被遴選為遼寧省高等學校優秀青年骨幹教師，2008年獲得中國岩石力學與工程學會第五屆青年科技獎(金獎)，2009年入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選和遼寧省百千萬人才計畫(百人層次)，並獲得霍英東教育基金會第十二屆高等院校青年教師獎(二等獎)和套用類項目資助；2010年被評選為第七屆遼寧省先進科技工作者，2012年獲得國家自然科學基金委優秀青年科學基金資助，並享受國務院特殊津貼，2013年獲得中國青年科技獎。自1999年起多次應邀赴香港理工大學進行合作研究，2004年2月至2006年2月赴澳大利亞西澳大學進行博士後研究和學術訪問，2006年10月至2007年11月在德國波鴻大學做洪堡學者，曾在瑞士洛桑聯邦理工學院、英國曼徹斯特大學、韓國首爾國立大學、澳大利亞西澳大學、南非金山大學等進行短期學術訪問。現兼任國際岩石力學學會會員，中國岩石力學與工程學會理事和該學會下屬的“岩石破碎工程專業委員會”的副主任，“地下工程分會”的常務理事，“岩體物理與數學模擬專業委員會”、“教育工作委員會”和“岩石動力學委員會”的委員。唐春安，男，1958年3月生於湖南省黔陽縣。1982年畢業於中南礦冶學院(現為中南大學)採礦專業，1984年和1988年分別獲得東北大學碩士和博士學位。曾任國家教育部長江學者特聘教授(東北大學)、國務院第五屆學科評議組成員、中國岩石力學與工程學會副理事長、國際岩石力學學會中國國家小組主席。現為大連理工大學教授、博士生導師，兼任《岩石力學與工程學報》副主編，InternationalJournal of Rock Mechanics and Mining Sciences、GeoMechanics and GeoEngineering雜誌編委。1991～1992年赴英國帝國理工學院做博士後研究，多次應邀學術訪問加拿大、英國、瑞典、美國、日本、瑞士、韓國、新加坡及我國香港等國家和地區。
主要從事岩石破壞機理及岩石工程災害分析、監測預警方面的研究工作，研究領域涉及岩爆、突水、瓦斯突出、礦震、地表沉陷以及岩石工程結構或邊坡穩定性分析等。近年來，在國內外多種學術刊物和會議上發表各類學術論文400多篇(其中SCI收錄120多篇，EI收錄300多篇，國內外“他人引用”達5000多次)。出版Rock Failure Mechanism、《岩石破裂過程中的災變》、《岩石破裂過程數值試驗》等學術專著六部。
1988年以來，先後主持國家自然科學基金和部委級基礎性研究課題30餘項，主持國家自然科學基金重點項目和國際重大合作項目各一項，研究成果分別在“淮南礦業集團瓦斯突出監測預警”、“雅礱江錦屏一級水電工程(世界第一高壩)左岸高陡邊坡穩定性分析與監測預警”和“錦屏二級水電工程(世界最大規模深埋隧洞群)岩爆監測預警”等10餘個典型或重大工程中得到套用。獲得國家科技進步獎二等獎、省部級獎二等獎以上科技成果獎勵七次。分別於1994年和1995年獲得國家教委“跨世紀優秀人才培養計畫”和“國家傑出青年科學基金”的資助。曾榮獲第四屆中國青年科技獎、遼寧省青年五四獎章、寶鋼教育基金優秀教師獎，遼寧省第四批省級優秀專家，並首批入選“國家百千萬人才工程計畫”。左宇軍，男，1965年生，博士後，貴州大學教授，礦業工程學院副院長。1987年和1989年畢業於東北大學分獲學士和碩士學位，1990～2002年在長沙礦山研究院從事爆破技術研究，2005年畢業於中南大學獲博士學位，2005～2007年在東北大學從事博士後研究，2010年調入貴州大學。現兼任中國岩石力學與工程學會破碎專業委員會委員、遼寧省工程爆破協會常務理事、公安部高級爆破工程師。
主要從事採礦技術、岩石動力學、爆破技術及數值模擬研究。承擔或參加國家自然科學基金等科研課題10餘項，在國內外發表學術論文50餘篇，其中SCI收錄10餘篇，EI收錄20餘篇。1993年，獲中國有色金色工業總公司科技進步獎二等獎(排名第三)，2007年獲國家科技進步獎二等獎(排名第十二)，2007年獲遼寧省自然科學學術成果(學術論文類)獎二等獎(排名第一)
主要從事岩石破壞機理及岩石工程災害分析、監測預警方面的研究工作，研究領域涉及岩爆、突水、瓦斯突出、礦震、地表沉陷以及岩石工程結構或邊坡穩定性分析等。近年來，在國內外多種學術刊物和會議上發表各類學術論文400多篇(其中SCI收錄120多篇，EI收錄300多篇，國內外“他人引用”達5000多次)。出版Rock Failure Mechanism、《岩石破裂過程中的災變》、《岩石破裂過程數值試驗》等學術專著六部。
1988年以來，先後主持國家自然科學基金和部委級基礎性研究課題30餘項，主持國家自然科學基金重點項目和國際重大合作項目各一項，研究成果分別在“淮南礦業集團瓦斯突出監測預警”、“雅礱江錦屏一級水電工程(世界第一高壩)左岸高陡邊坡穩定性分析與監測預警”和“錦屏二級水電工程(世界最大規模深埋隧洞群)岩爆監測預警”等10餘個典型或重大工程中得到套用。獲得國家科技進步獎二等獎、省部級獎二等獎以上科技成果獎勵七次。分別於1994年和1995年獲得國家教委“跨世紀優秀人才培養計畫”和“國家傑出青年科學基金”的資助。曾榮獲第四屆中國青年科技獎、遼寧省青年五四獎章、寶鋼教育基金優秀教師獎，遼寧省第四批省級優秀專家，並首批入選“國家百千萬人才工程計畫”。左宇軍，男，1965年生，博士後，貴州大學教授，礦業工程學院副院長。1987年和1989年畢業於東北大學分獲學士和碩士學位，1990～2002年在長沙礦山研究院從事爆破技術研究，2005年畢業於中南大學獲博士學位，2005～2007年在東北大學從事博士後研究，2010年調入貴州大學。現兼任中國岩石力學與工程學會破碎專業委員會委員、遼寧省工程爆破協會常務理事、公安部高級爆破工程師。
主要從事採礦技術、岩石動力學、爆破技術及數值模擬研究。承擔或參加國家自然科學基金等科研課題10餘項，在國內外發表學術論文50餘篇，其中SCI收錄10餘篇，EI收錄20餘篇。1993年，獲中國有色金色工業總公司科技進步獎二等獎(排名第三)，2007年獲國家科技進步獎二等獎(排名第十二)，2007年獲遼寧省自然科學學術成果(學術論文類)獎二等獎(排名第一)
圖書目錄
《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
第一章緒論
1.1深部開採面臨的岩爆問題
1.1.1岩爆的定義
1.1.2開採誘發岩爆的因素分析
1.1.3動態擾動是觸發深部礦山岩爆的關鍵性因素
1.2動態擾動作用下岩石破裂過程的研究現狀
1.2.1試驗研究方面
1.2.2理論及數值模擬研究方面
1.3本書的研究工作
參考文獻
第二章動態擾動下岩石破裂的數值試驗方法
2.1動載荷與彈性波
2.1.1靜載荷和動載荷
2.1.2彈性體的振動和彈性波
2.2動態擾動激發的應力波
2.2.1介質的彈性常數及彈性波類型
2.2.2桿中的一維縱波
2.2.3三維固體中的應力波
2.2.4平板中的平面波
2.2.5球面波與柱面波
2.2.6應力波的反射與折射
2.2.7應力波的能量及其衰減
2.3動態擾動誘致的岩石破裂
2.3.1動載荷（應力波）作用下岩石的力學特性
2.3.2剝落破裂
2.3.3會聚效應造成的破裂
2.4岩石類介質非均勻性的表征方法
2.4.1基於統計分布的方法
2.4.2基於數字圖像處理技術的方法
2.5彈性動力學方程的有限元求解
2.5.1中心差分法
2.5.2線性加速度法和Wilson—θ法
2.6動態應力作用下岩石的損傷力學本構關係
2.7應力波誘致破裂的數值模擬程式—RFPA—Dynamlcs
2.7.1材料參數的賦值
2.7.2應力波誘發破裂的數值模擬流程
2.7.3靜一動組合載入下岩石破裂的數值模擬流程
2.7.4結果顯示及處理
2.8RFPA—Dynamics的驗證
2.8.1與理論解的對比
2.8.2對一維波傳播過程的模擬
2.8.3與試驗結果的對比——巴西圓盤中的應力分布
2.8.4動態破裂過程分析功能的驗證
2.9數值模擬與數值試驗
2.10本章小結
參考文獻
第三章動態剝落破裂的數值試驗
3.1平板波傳播的數值試驗
3.2非均勻岩板試樣的剝落破裂及動態剝落強度
3.2.1非均勻岩板試樣的數值模型
3.2.2數值試驗結果及分析
3.2.3非均勻性對動態強度的影響
3.2.4應力波作用時間對試件剝落模式的影響
3.3單骨料混凝土板中的應力波傳播及動態剝落
3.3.1數值模型
3.3.2應力波的傳播及其誘致的破裂
3.3.3不同應力波作用時間時試樣的破壞過程
3.3.4不同應力波峰值時試樣的破壞過程
3.3.5試樣中的應力變化
3.4混凝土桿試樣的動態剝落破裂
3.4.1混凝土桿狀試樣數值模型
3.4.2混凝土試樣在靜態載荷下強度
3.4.3動載荷作用下非均勻混凝土試樣的破裂
3.5混凝土梁的動態剝落破裂
3.5.1混凝土梁的數值模型
3.5.2砂漿梁試樣的剝落破裂過程
3.5.3應力波作用時間對梁剝落破壞的影響
3.5.4應力波峰值對梁剝落破壞的影響
3.6本章小結
參考文獻
第四章岩石爆破損傷的數值試驗
4.1岩石爆破損傷研究的意義
4.2爆炸載荷下岩石的力學回響
4.3岩石爆破損傷的研究現狀
4.3.1岩石爆破作用機理
4.3.2岩石爆破損傷模型及數值模擬
4.3.3地應力的影響
4.3.4切縫藥包定向斷裂爆破
4.4岩石爆破損傷的數值計算模型
4.4.1爆破應力波
4.4.2爆破應力波的傳播特徵與衰減規律
4.4.3爆生氣體的膨脹壓力
4.4.4力平衡方程
4.4.5初始條件和邊界條件
4.4.6岩石爆破損傷的本構關係
4.4.7方程的有限元求解及其驗證
4.5應力波作用下單孔爆破損傷的數值模擬
4.5.1與文獻（27）結果的對比分析
4.5.2爆生氣體壓力作用的影響
4.6兩孔爆破損傷數值試驗
4.6.1岩體爆破損傷的力學模型
4.6.2應力波單獨作用下雙孔爆破損傷數值試驗
4.6.3爆破應力波和爆生氣體共同作用下雙孔爆破損傷數值試驗
4.6.4炮孔間距影響規律的數值試驗
4.7地應力對爆破損傷及裂紋擴展的影響
4.7.1地應力分布的一些基本規律
4.7.2單孔單向地應力下爆破損傷的數值試驗
4.7.3雙孔雙向地應力下的爆破損傷的數值試驗
4.8切縫爆破成縫規律的數值試驗
4.8.1定向切縫控制爆破原理
4.8.2數值模型及計算結果分析
4.9本章小結
參考文獻
第五章動載荷作用下岩石試樣的破裂過程
5.1平面壓縮應力波作用下岩石的破裂過程
5.1.1應力波幅值的影響
5.1.2應力波持續時間的影響
5.2巴西圓盤試樣的動態破裂過程
5.2.1數值模型
5.2.2靜載荷作用下的破壞過程
5.2.3動載荷作用下的破壞過程
5.3含預裂紋巴西圓盤試樣的動態破裂過程
5.3.1含預裂紋巴西圓盤試樣的數值模型
5.3.2靜載荷作用下的破裂過程
5.3.3動載荷作用下的破裂過程
5.4不規則岩塊的破裂過程
5.4.1不規則岩塊的數值模型
5.4.2不同動態應力波幅值對破裂過程的影響
5.4.3不同動態應力波持續時間的影響
5.5衝擊載荷作用下球形試樣的破碎過程
5.5.1相似模擬試驗簡介及數值模型
5.5.2試樣中應力分布的數值試驗
5.5.3球試樣破碎過程的數值試驗
5.6本章小結
參考文獻
第六章靜一動組合載入下岩石的破裂過程
6.1岩石破裂的SHPB試驗及結果
6.1.1SHPB試驗設備及其原理
6.1.2磁鐵礦石試驗結果分析
6.1.3片麻岩試驗結果分析
6.2SHPB試驗中應力波傳播的一維波動理論分析
6.2.1—維波動理論及分析程式
6.2.2程式驗證
6.2.3不同沖頭形狀時SHPB試驗的一維波動分析
6.3SHPB試驗中的應力波傳播過程分析
6.3.1開展SHPB試驗數值模擬的必要性
6.3.2數值模型的建立
6.3.3數值試驗結果分析
6.4動態擾動下岩石破裂過程的數值試驗
6.4.1應力波的作用時間對損傷機制的影響
6.4.2應力波峰值對損傷機制的影響
6.4.3岩石均質度的影響
6.5靜一動組合載入下岩石破裂過程的數值試驗
6.6本章小結
參考文獻
第七章動態擾動觸發深部岩巷岩爆的數值試驗
7.1靜態地應力條件下巷道圍岩的應力分布及破裂特徵
7.1.1地下巷道的力學模型
7.1.2巷道周邊的應力分布
7.1.3RFPA—Dynamics程式用於巷道圍岩損傷及破壞的驗證
7.1.4不同斷面形狀巷道的破壞過程分析
7.2動態擾動觸發深部巷道失穩破裂的數值試驗
7.2.1圓形巷道的數值模型
7.2.2動態擾動觸發岩巷岩爆的機理分析
7.3本章小結
參考文獻
索引
彩圖
《岩石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第一章緒論
1.1深部開採面臨的岩爆問題
1.1.1岩爆的定義
1.1.2開採誘發岩爆的因素分析
1.1.3動態擾動是觸發深部礦山岩爆的關鍵性因素
1.2動態擾動作用下岩石破裂過程的研究現狀
1.2.1試驗研究方面
1.2.2理論及數值模擬研究方面
1.3本書的研究工作
參考文獻
第二章動態擾動下岩石破裂的數值試驗方法
2.1動載荷與彈性波
2.1.1靜載荷和動載荷
2.1.2彈性體的振動和彈性波
2.2動態擾動激發的應力波
2.2.1介質的彈性常數及彈性波類型
2.2.2桿中的一維縱波
2.2.3三維固體中的應力波
2.2.4平板中的平面波
2.2.5球面波與柱面波
2.2.6應力波的反射與折射
2.2.7應力波的能量及其衰減
2.3動態擾動誘致的岩石破裂
2.3.1動載荷（應力波）作用下岩石的力學特性
2.3.2剝落破裂
2.3.3會聚效應造成的破裂
2.4岩石類介質非均勻性的表征方法
2.4.1基於統計分布的方法
2.4.2基於數字圖像處理技術的方法
2.5彈性動力學方程的有限元求解
2.5.1中心差分法
2.5.2線性加速度法和Wilson—θ法
2.6動態應力作用下岩石的損傷力學本構關係
2.7應力波誘致破裂的數值模擬程式—RFPA—Dynamlcs
2.7.1材料參數的賦值
2.7.2應力波誘發破裂的數值模擬流程
2.7.3靜一動組合載入下岩石破裂的數值模擬流程
2.7.4結果顯示及處理
2.8RFPA—Dynamics的驗證
2.8.1與理論解的對比
2.8.2對一維波傳播過程的模擬
2.8.3與試驗結果的對比——巴西圓盤中的應力分布
2.8.4動態破裂過程分析功能的驗證
2.9數值模擬與數值試驗
2.10本章小結
參考文獻
第三章動態剝落破裂的數值試驗
3.1平板波傳播的數值試驗
3.2非均勻岩板試樣的剝落破裂及動態剝落強度
3.2.1非均勻岩板試樣的數值模型
3.2.2數值試驗結果及分析
3.2.3非均勻性對動態強度的影響
3.2.4應力波作用時間對試件剝落模式的影響
3.3單骨料混凝土板中的應力波傳播及動態剝落
3.3.1數值模型
3.3.2應力波的傳播及其誘致的破裂
3.3.3不同應力波作用時間時試樣的破壞過程
3.3.4不同應力波峰值時試樣的破壞過程
3.3.5試樣中的應力變化
3.4混凝土桿試樣的動態剝落破裂
3.4.1混凝土桿狀試樣數值模型
3.4.2混凝土試樣在靜態載荷下強度
3.4.3動載荷作用下非均勻混凝土試樣的破裂
3.5混凝土梁的動態剝落破裂
3.5.1混凝土梁的數值模型
3.5.2砂漿梁試樣的剝落破裂過程
3.5.3應力波作用時間對梁剝落破壞的影響
3.5.4應力波峰值對梁剝落破壞的影響
3.6本章小結
參考文獻
第四章岩石爆破損傷的數值試驗
4.1岩石爆破損傷研究的意義
4.2爆炸載荷下岩石的力學回響
4.3岩石爆破損傷的研究現狀
4.3.1岩石爆破作用機理
4.3.2岩石爆破損傷模型及數值模擬
4.3.3地應力的影響
4.3.4切縫藥包定向斷裂爆破
4.4岩石爆破損傷的數值計算模型
4.4.1爆破應力波
4.4.2爆破應力波的傳播特徵與衰減規律
4.4.3爆生氣體的膨脹壓力
4.4.4力平衡方程
4.4.5初始條件和邊界條件
4.4.6岩石爆破損傷的本構關係
4.4.7方程的有限元求解及其驗證
4.5應力波作用下單孔爆破損傷的數值模擬
4.5.1與文獻（27）結果的對比分析
4.5.2爆生氣體壓力作用的影響
4.6兩孔爆破損傷數值試驗
4.6.1岩體爆破損傷的力學模型
4.6.2應力波單獨作用下雙孔爆破損傷數值試驗
4.6.3爆破應力波和爆生氣體共同作用下雙孔爆破損傷數值試驗
4.6.4炮孔間距影響規律的數值試驗
4.7地應力對爆破損傷及裂紋擴展的影響
4.7.1地應力分布的一些基本規律
4.7.2單孔單向地應力下爆破損傷的數值試驗
4.7.3雙孔雙向地應力下的爆破損傷的數值試驗
4.8切縫爆破成縫規律的數值試驗
4.8.1定向切縫控制爆破原理
4.8.2數值模型及計算結果分析
4.9本章小結
參考文獻
第五章動載荷作用下岩石試樣的破裂過程
5.1平面壓縮應力波作用下岩石的破裂過程
5.1.1應力波幅值的影響
5.1.2應力波持續時間的影響
5.2巴西圓盤試樣的動態破裂過程
5.2.1數值模型
5.2.2靜載荷作用下的破壞過程
5.2.3動載荷作用下的破壞過程
5.3含預裂紋巴西圓盤試樣的動態破裂過程
5.3.1含預裂紋巴西圓盤試樣的數值模型
5.3.2靜載荷作用下的破裂過程
5.3.3動載荷作用下的破裂過程
5.4不規則岩塊的破裂過程
5.4.1不規則岩塊的數值模型
5.4.2不同動態應力波幅值對破裂過程的影響
5.4.3不同動態應力波持續時間的影響
5.5衝擊載荷作用下球形試樣的破碎過程
5.5.1相似模擬試驗簡介及數值模型
5.5.2試樣中應力分布的數值試驗
5.5.3球試樣破碎過程的數值試驗
5.6本章小結
參考文獻
第六章靜一動組合載入下岩石的破裂過程
6.1岩石破裂的SHPB試驗及結果
6.1.1SHPB試驗設備及其原理
6.1.2磁鐵礦石試驗結果分析
6.1.3片麻岩試驗結果分析
6.2SHPB試驗中應力波傳播的一維波動理論分析
6.2.1—維波動理論及分析程式
6.2.2程式驗證
6.2.3不同沖頭形狀時SHPB試驗的一維波動分析
6.3SHPB試驗中的應力波傳播過程分析
6.3.1開展SHPB試驗數值模擬的必要性
6.3.2數值模型的建立
6.3.3數值試驗結果分析
6.4動態擾動下岩石破裂過程的數值試驗
6.4.1應力波的作用時間對損傷機制的影響
6.4.2應力波峰值對損傷機制的影響
6.4.3岩石均質度的影響
6.5靜一動組合載入下岩石破裂過程的數值試驗
6.6本章小結
參考文獻
第七章動態擾動觸發深部岩巷岩爆的數值試驗
7.1靜態地應力條件下巷道圍岩的應力分布及破裂特徵
7.1.1地下巷道的力學模型
7.1.2巷道周邊的應力分布
7.1.3RFPA—Dynamics程式用於巷道圍岩損傷及破壞的驗證
7.1.4不同斷面形狀巷道的破壞過程分析
7.2動態擾動觸發深部巷道失穩破裂的數值試驗
7.2.1圓形巷道的數值模型
7.2.2動態擾動觸發岩巷岩爆的機理分析
7.3本章小結
參考文獻
索引
彩圖
