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1 静载下岩石的变形与强度1

1．1 岩石中的应力1

1．1．1 应力的定义1

1．1．2 主应力及其主方向2

1．1．3 应力不变量与应力偏量4

1．1．4 应力分量应满足的平衡方程与相容方程6

1．2 岩石中的位移与应变7

1．2．1 位移与应变的关系7

1．2．2 岩石中任一点的应变状态与主应变7

1．2．3 主应变与应变不变量9

1．2．4 应变偏量及其不变量9

1．3 岩石的本构关系10

1．3．1 单轴应力条件下岩石的应力应变关系及其特点10

1．3．2 岩石变形的表示指标12

1．3．3 三轴应力下岩石的变形特征14

1．3．4 岩石的本构模型15

1．4 弹性应力下岩石本构方程的一般理论17

1．5 岩石的强度与强度准则20

1．5．1 岩石的强度20

1．5．2 加载条件对岩石强度的影响21

1．5．3 强度准则24

1．6 岩石力学中的损伤理论与分形方法29

1．6．1 损伤及其表示30

1．6．2 损伤的演化方程及损伤材料的本构方程31

1．6．3 岩石中损伤的测量方法32

1．6．4 岩石力学中的分形几何方法34

2 固体中的应力波理论38

2．1 应力波的基本概念38

2．1．1 应力波的产生38

2．1．2 应力波分类39

2．1．3 应力波方程的求解方法40

2．1．4 应力波理论的应用42

2．2 无限介质中的弹性应力波方程42

2．3 一维长杆中的应力波44

2．3．1 描述运动的坐标系44

2．3．2 一维应力波的基本假定46

2．3．3 一维杆中纵波的控制方程46

2．4 一维杆中应力波方程的特征线求解48

2．4．1 特征线及特征线上的相容关系48

2．4．2 半无限长杆中一维弹性应力波的特征线解50

2．4．3 线弹性应力波51

2．4．4 一维半无限长杆中弹性应力波的作图法求解53

2．4．5 弹塑性应力波54

2．5 一维弹性应力波的反射与透射55

2．5．1 两弹性波的相互作用55

2．5．2 弹性波在固定端和自由端的反射57

2．5．3 不同介质界面上弹性波的反射与透射58

2．6 弹性波斜入射时的反射与透射62

2．6．1 弹性纵波在自由面上斜入射时的反射62

2．6．2 弹性纵波在介质分界面斜入射时的反射与透射64

2．7 应力波反射引起的破坏65

3 岩石中的爆炸应力波70

3．1 炸药爆炸传入岩石中的载荷70

3．1．1 耦合装药时传人岩石中的爆炸载荷70

3．1．2 不耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷73

3．2 岩石中的应力波速度74

3．2．1 应力波速度与岩石力学性质参数的关系74

3．2．2 影响应力波速度的岩石性质参数76

3．3 岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律80

3．3．1 冲击载荷作用下岩石变形规律与特征81

3．3．2 岩石中爆炸应力波的衰减82

3．3．3 岩石中平面应力波的衰减84

3．4 应力波通过结构面的传播85

3．4．1 应力波向结构面斜入射时的一般解86

3．4．2 结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射88

3．4．3 结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波透、反射90

3．5 层状岩石中应力波的传播90

3．5．1 等效波阻抗法90

3．5．2 单频应力波通过岩石夹层的透射93

3．5．3 三角形应力波通过夹层的透射94

3．5．4 不同应力波形通过夹层的透射应力特征96

3．6 顺岩石表面传播的应力波97

3．6．1 瑞利表面波97

3．6．2 勒夫表面波100

3．6．3 纵波(膨胀波)沿边界的传播101

3．6．4 平板中波的传播102

4 岩石动力学实验技术105

4．1 霍布金森压杆技术原理105

4．2 霍布金森压杆测试系统109

4．2．1 动力源109

4．2．2 弹性压力杆111

4．2．3 支撑架111

4．2．4 测试分析仪表111

4．3 霍布金森压杆技术在岩石动力学研究中的应用115

4．3．1 花岗岩、大理岩的动态本构关系115

4．3．2 大理岩、砂岩的动态本构关系118

4．3．3 不同围压下砂岩的动态本构关系119

4．3．4 岩石的动态断裂强度与应变率的关系123

4．4 霍布金森压杆技术的改进126

4．4．1 直锥变截面霍布金森压杆126

4．4．2 分离式霍布金森压杆(SHPB)中的预留间隙法127

4．4．3 不同撞击杆形状的SHPB测试系统129

4．4．4 用于研究硬脆材料的SHPB129

4．4．5 用于软材料的SHPB131

4．5 霍布金森拉、扭杆及三轴霍布金森压杆134

4．5．1 霍布金森拉杆134

4，5．2 霍布金森扭杆136

4．5．3 三轴应力霍布金森压杆137

4．5．4 一种用于软材料动力学性质测量的三轴霍布金森压杆系统138

4．6 泰勒圆柱测试技术与膨胀环测试技术143

4．6．1 泰勒圆柱测试技术143

4．6．2 膨胀环测试技术145

5 岩石爆破理论及其数值计算模型147

5．1 无限岩石中炸药的爆炸作用147

5．1．1 岩石中柱状药包爆破产生的爆炸载荷148

5．1．2 爆炸载荷作用下岩石的破坏准则149

5．1．3 压碎圈与裂隙圈半径计算150

5．2 临近自由面条件下炸药的爆炸作用153

5．2．1 爆破漏斗的几何参数154

5．2．2 形成标准抛掷爆破漏斗的条件156

5．2．3 LivingstonC．W．的爆破漏斗理论157

5．3 岩石爆破的弹性理论模型159

5．3．1 G．Harries模型160

5．3．2 R．R．Favreau模型162

5．3．3 台阶爆破的三维模型163

5．4 岩石爆破的断裂理论模型166

5．4．1 BCM模型166

5．4．2 NAG-FRAG模型168

5．5 岩石爆破的损伤理论模型171

5．5．1 K-G损伤模型171

5．5．2 KUS损伤模型173

5．5．3 YANG等人的模型176

5．6 岩石爆破的分形损伤模型178

5．6．1 损伤因子的分形表示178

5．6．2 岩石爆破中裂纹分形的演化规律179

5．6．3 岩石的动态本构关系表示179

6 岩石周边控制爆破新方法181

6．1 影响井巷周边爆破效果的因素与控制181

6．1．1 影响井巷周边爆破效果的因素及分析181

6．1．2 减少井巷超挖、提高爆破效果的措施183

6．2 周边爆破参数设计的断裂力学方法186

6．2．1 周边炮孔间贯通裂纹的形成机理186

6．2．2 爆破参数的计算189

6．2．3 周边孔最小抵抗线的计算191

6．2．4 工程应用192

6．2．5 技术要点192

6．3 软弱岩石中的周边爆破理论193

6．3．1 崩落孔爆破对光爆层岩石的损伤194

6．3．2 损伤岩石的光爆参数及分析196

6．3．3 定向断裂爆破技术198

6．3．4 技术要点199

6．4 岩石定向断裂控制爆破的参数设计200

6．4．1 切缝药包岩石定向断裂爆破炮孔间贯通裂纹的形成机理201

6．4．2 切缝药包岩石定向断裂爆破参数的计算203

6．4．3 与光面(预裂)爆破的对比、分析和讨论206

6．4．4 基本结论207

6．5 周边控制爆破引起围岩的损伤207

6．5．1 光面(预裂)爆破在围岩中造成的损伤场208

6．5．2 岩石定向断裂爆破技术在降低围岩损伤方面的作用210

6．5．3 周边爆破的技术设计213

6．6 岩石周边爆破理论的分形分析213

6．6．1 爆破形成的围岩壁面分形及其分形维214

6．6．2 周边眼之间爆破裂纹的形成特征215

6．6．3 周边控制爆破在围岩中引起的损伤217

6．6．4 周边定向断裂控制爆破技术在保护围岩方面的分形分析217

6．6．5 本节小结219

参考文献221