《裂隙岩体损伤力学导论 》易顺民 朱珍德 著

内容简介
本书系统叙述了裂隙岩体损伤力学理论、方法及应用。全书共分八章:第一章介绍了岩体损伤力学发展现状;第二章阐述了复杂应力状态下裂隙岩体本构关系与损伤演化方程;第三章讨论了裂隙岩体损伤流变断裂机制,
建立裂隙岩体损伤流变模型;第四章与第五章通过全应力应变过程数控岩石渗透性试验,分析了脆性岩石断口断裂机理与复杂应力状态与渗透压作用下的裂隙岩体变形,探究了渗流对裂隙岩体损伤断裂的影响,建立等效连续介质渗流模型;第六章讨论了渗流场、应力场、损伤场三者的相关性,探讨了渗流对裂隙岩体损伤演化的贡献与渗透张量随裂隙损伤发展的演化,给出了裂隙岩体非稳态渗流场与损伤场耦合方程;第七章介绍了分形几何理论基础,探讨了岩石损伤断裂的分形特征、损伤断裂破损物的分形特征,研究了岩体结构面的分形模型与结构面的分形统计特征。第八章将上述研究成果应用于三峡工程船闸高边坡稳定性分析与三斗坪坝址工程区岩体断裂的分维描述。
本书可供已有一定数学、力学基础的岩石力学研究工作的技术人员提高理论水平之用,也可作为与岩土工程有关专业的研兖生的教材。

序

裂隙岩体是坝基.边坡.地下硐室等岩体工程中广泛遇到的- -类复杂介质,它的强度.变形和地下水渗透性等力学特征将直接影响各类岩体工程的设计与施工，以及工程运营期间的长期稳定性。因此,关于裂獻岩体力学的特性及其岩体与地下渗流相互作用的耦合问题一直被国内外岩石力学与工程界所关注。
随着我国西部大开发战略的连步实施,特别如三峡水利水电工程的开发,给岩石力学工作者提出了一系列值得深化研究的技术难题。对于- -些特大型的水利枢纽工程而言,其库区岩坡的失稳问题主要涉及两个方面;水岩相互作用,即非稳态渗流场、应力场与岩体攒伤场间的耦合相互作用;高陡岩坡时效变形与流变失稳的预测和预报。《裂隙岩体损伤力学导论》-书紧密围绕上述两个方面很多重要问题开展了系统深入的研究通过作者们所承担并完成的多项自然科学基金课题,取得了可喜的丰硕成果,并陆续发表了多篇有相当水平的学术论文。该书在此基础上经过修改并补充近十年来的研究成果而撰述成稿,这是十分难能可贵的。众所周知,节理裂獻岩体措伤力学的研究是促进岩石力学发展的重要方面,岩体损伤理论可以定量描述含初始缺陷,如岩体裂纹、裂隙、空洞和节理等固体介质的应力-应变关系，建立合适的损伤张量,深层次地探讨固体介质由于损伤的积累与演化而街生的本构关系变化,较好地处理了岩体由实际上的非连续到等效连续的过渡,它克服了弹性和塑性理论所难以解决的困难,丰富了岩体力学本构理论，能更合理而全面地分析岩体工程的应力场和位移场,并有利于日后对岩质边坡、地下硐室等围岩的维护与加固。
统观全书,与同类已出版的论署比较,具有以下特色:书中系统阐述了复杂应力状态(压剪、拉剪)下裂陈岩体的本构关系及其损伤演化方程,探讨了起裂判据和裂纹走向,建立了渗透水压对裂腺岩体损伤演化的贡献;通过室内相似模型试验,深入研究了裂隙断续扩展与损伤流变断裂机制,建立了蠕变断裂应力强度因子及其断裂判据;利用对岩体应力应变全过程进行数控其渗透性的试验成果,对脆性岩石断口断裂机理进行了详细分析,从而弄清了渗透水压对岩体强度的定量影响。并将裂纹扩展长度引入岩体渗透张量,给出了等效的连续介质渗流模型,丰富和拓展了现有的渗流模型。书中还探讨了渗流场、应力场、损伤场三者间的相互作用关系,给出了非稳态渗流场与损伤场的耦合方程,这在国内外尚属首次此外,该书将上述研究成果应用于长江三峡工程永久船闸高边坡的稳定性分析,计算结果与实测变形基本吻合。书中更进一步引入分形理论 ,探讨了岩石损伤断裂的分形特征和岩石损伤断裂断口的分形特征.研究了岩石损伤断裂破损物的分形特征，提出了岩体结构面的分形模型。进而将研究成果确定出三峡工程区的岩体断裂分形维,为分析计算节理裂隙的岩体强度与变形提供依据。
我深信该书的付梓将为裂欧岩体损伤力学研究奠定更为坚实的理论基础,该书对今后岩石力学的持续发展也将起到很好的推进作用。为此,我乐于写述了以上的一-点文字,谨供读者参考.指正。是为序。
前言
人类社会的迅速发展,人类工程活动的日益频繁,涉及岩体边坡的设计.水电工程渗流与控制、有害核废料的储存矿井的疏干降压排水、石油以及地下水资源的开发利用等方面。人类工程活动的安全性.对地质环境的影响程度以及地质环境对工程活动的反作用等问题,是科学家最关心的问题。如何定量评价和预测人类工程开挖干扰力、初始地应力和地下水渗透力耦合作用对人类工程体和岩质边坡隐定性的影响,一直是国 内外岩石力学与工程界所关注的重要研究课题，岩体是力学性质很复杂的介质。从唯象的观点看,裂歐岩体属非均匀各向异性介质,因此损伤力学、断裂力学、流变力学、分形理论与岩体的变形研究有着特别密切的关系。同时,由于岩体结构的复杂性,导致岩体渗流的非均质性和各向异性;岩体裂歐空间是岩体的主要滲透通道.岩体裂隙显著地受应力环境的影响,因而岩体的变形实质上是慘流场、应力场、损伤场三者相互耦合的结果。为了适应高速发展的工程需要,出版--本论述裂醵岩体损伤力学的专著很有必要。
全书共人章,第-章简单回顾损伤力学、岩体损伤力学的研究历史与现状:第二章阐述裂隙岩体损伤张量的定义,运用贝帝(Betti)定理和裂纹体应变能守恒定律,给出裂鲸岩体压剪、拉剪应力状态下的本构关系,详细探讨裂纹起裂判据及扩履方向、确定压剪应力状态下裂紋扩展长度,建立复杂应力环境下恐腺岩体损伤演化方程第三章通过相似材料模拟节理裂隙分布室内试验,探讨断续裂隙扩展变形机理,深入分析蠕变断裂应力强度因子及断裂判据,建立应力强度因子与时间因子的相关关系,着重研充压剪应力状态下分支裂纹扩展及其蟎变贯通机制,给出黏弹塑性损伤本构方程与损伤流变耦合模型,第四章通过全应力应变过程数控岩石渗遁性及其断裂断口扫描电镜试验研究,进-步分析脆性岩石裂醯扩展损伤机理,重点探讨渗透水压对岩体强度及其变形的影响,以及渗流使裂纹尖端介质软化的作用:第五章运用弹性理论,建立复杂应力状态与渗透压作用对岩体裂纹张开度的贡献，论述裂腺岩体的渗流规律，基于渗流能量扩散原理,建立包含裂纹张开度、长度及方位在内的渗透张量数学表达式;第六章探讨渗流对裂酸岩体应力场的力学效应,重点推导复杂应力状态下渗流对裂腺损伤演化方程的贡献,建立裂酸岩体非稳态渗流场与损伤场耦合方程:第七章介绍裂隐岩体损伤断裂分形研究的现状、研究内容发展趋势,阐述分形理论的基本概念，重点探讨单轴(三轴)压缩岩石损伤断裂的分形特征及损伤断裂破损物的分形特征,建立岩体裂隙结构面的分形模型,给出裂醴岩体工程分类的分形方法;第八章将上述研究成果结合三峡工程水久船闸高边坡变形韻测与稳定性分析,以及对三峡工程坝址区裂酞岩体断裂系统进行分形定昼描述。
本书在撰写过程中注意学科体系的完备性,强调基本概念描述的准确性,基本理论推理的严密性以及基本理论的实际应用性。本书内容新颢、理论性强,为了便于读者阅读,书中对一些重要的公式进行了较详细的推导。
书中的很多内容为国家自然科学基金，中国博士后基金和国电公司重大科技项目的研究成果，这些项目都是在导师同济大学孙钩教授和中国地质大学唐辉明教授的主持下完成的。他们的严谨治学态度给予著者极大的影响,是他们把我们引人水岩相互耦合和岩体损伤断裂的研究领城，在博士后两年研究中,导师四川大学胡定教授、赵文谦教授经常关心著者的研究进最,并给子指导,在此深表谢意。著者感谢中国科学院武汉岩土力学研究所李术才教授.陈卫忠教授的指导和帮助,还得到了硕士研究生邢福东、王军的支持,谨此致谢。为了对裂酸岩体损伤力学有全面深入的了解,书中对国内外在此领域取得的相关成果也做了扼要介绍。
还要特别感谢孙钧院士欣然为本书怍序,给著者以鼓励和教导。
应该指出,裂酸岩体损伤力学是一门正在发展着的边缘性交叉学科,有许多理论和实际应用问题尚需做进-一 步研究和完善,由于作者水平及經验有限,书中存在不足之处,恳请前辈及同仁不吝赐教。

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