岩石热破裂的研究及应用

第1章绪论

1.1热应力概述

1.2岩石热应力基础

1.2.1热传导

1.2.2热传导基本方程

1.2.3单值性条件

1.2.4热弹性力学模型

第2章热弹塑性力学模型及数值解法

2.1均质热弹塑性力学模型

2.1.1均质热弹塑性力学模型

2.1.2屈服条件和屈服函数

2.1.3流动法则和应力-应变关系

2.2均质热弹塑性力学模型的数值解法

2.2.1有限元分析方法

2.2.2弹塑性分析的初应力法

2.2.3弹塑性分析的初应变法

2.3非均质岩石的随机概率分布

2.3.1非均质岩石随机变量的分布函数

2.3.2几种重要的非均质岩石的分布函数与概率密度函数

2.4岩石细观单元的赋值

2.5三维随机非均质热弹塑性力学模型

2.5.1基本假设和物理力学基础

2.5.2随机非均质热弹塑性力学模型

2.6非均质热弹塑性力学模型的数值解法

第3章固热耦合问题及数值解法

3.1均质固热耦合数学模型

3.1.1固体变形控制方程

3.1.2温度场控制方程及边界条件

3.1.3固热耦合数学模型

3.2均质固热耦合数学模型的数值解法

3.2.1固体变形控制方程的有限元数值解法

3.2.2热传导方程的有限元数值解法

3.2.3固热耦合数学模型的有限元分析

3.3随机介质固热耦合数学模型

3.3.1基本假设和物理力学基础

3.3.2三维随机介质固热耦合数学模型

3.4随机介质固热耦合数学模型的数值解法

3.4.1随机介质固体变形控制方程的有限元数值解法

3.4.2随机介质热传导方程的有限元数值解法

3.4.3随机介质固热耦合数学模型的有限元分析

第4章岩石热应力的几个问题

4.1均质平面轴对称热弹性问题

4.1.1平面应力情况(圆板问题)

4.1.2平面应变情况(圆筒问题)

4.2均质球对称的热应力

4.2.1同心空心球问题

4.2.2实心球问题

4.3均质弹塑性热应力问题

4.3.1圆筒的热应力问题

4.3.2平板的热应力问题

4.3.3圆柱的热应力问题

4，4随机介质平面轴对称问题

4.4.1随机介质热弹性力学模型的极坐标基本方程

4.4.2平面轴对称问题

4.4.3计算实例

4.5随机介质球对称问题

4.6随机固热耦合平面轴对称问题

4.6.1随机介质固热耦合数学模型的极坐标基本方程

4.6.2随机介质固热耦合平面轴对称问题

4.6.3计算实例

第5章岩石热破裂物理实验

5.1岩石热破裂现象

5.2岩石热破裂的检测技术

5.3岩石热破裂的影响因素

5.3.1加热方式的影响

5.3.2加热速度的影响

5.3.3岩石胶结类型和胶结程度的影响

5.3.4颗粒粒径大小及形状的影响

5.3.5矿物组成成分的影响

5.3.6岩石孔隙结构的影响

5.4岩石热破裂的物理实验

5.4.1岩石热破裂的门槛值温度及声发射现象

5.4.2岩石热破裂过程

5.4.3岩石热破裂的微观机制

5.4.4岩石的热破裂损伤

5.5高温下岩石的力学性质

5.5.1温度对岩石弹性模量的影响

5.5.2温度对泊松比的影响

5.5.3温度对孔隙度和渗透率的影响

5.5.4温度对岩石强度的影响

5.5.5不同温度下岩石的应力和应变的变化

5.5.6温度对波速的影响

5.6高温下岩石的热物理特性

5.6.1温度对岩石热导率的影响

5.6.2温度对岩石的比热的影响

5.6.3温度对岩石热扩散率的影响

5.6.4温度对岩石热膨胀系数的影响

第6章岩石热破裂数值实验

6.1岩石热破裂门槛值的数值实验

6.1.1数值实验方法

6.1.2数值实验结果

6.1.3数值实验结果分析

6.2岩石的力学性质的数值实验

6.2.1弹性模量随温度的变化

6.2.2泊松比随温度的变化

6.2.3数值实验结果分析

6.3岩石的裂纹扩展的数值实验

6.3.1随机韦伯分布下岩石的裂纹扩展

6.3.2正态分布下岩石的裂纹扩展

6.3.3随机指数分布下岩石的裂纹扩展

6.4岩石热破裂细观机理的数值实验

6.4.1数值实验方法

6.4.2岩石热破裂细观分析

6.5岩石的渗透率分析

6.6岩石热物理特性的数值实验

6.6.1数值实验方法

6.6.2岩石热传导系数与温度的关系

6.6.3岩石比热容与温度的关系

6.6.4数值实验结果分析

第7章高温岩体地热开发的数值模拟

7.1高温岩体地热开发简介

7.2工程背景

7.3高温岩体地热开发人工储留层二次破裂数值模拟

7.3.1数值实验的模型简化

7.3.2数值实验结果分析

7.4块裂介质固流热耦合三维数值模拟

7.4.1块裂介质高温岩体固流热耦合数学模型

7.4.2三维数值模拟

参考文献

　　本书是国家自然科学基金重点项目之一，全书共分7章，分别对岩石热应力的基础知识、热弹塑性力学模型及数值解法、固热耦合问题及数值解法、岩石热应力的几个问题、岩石热破裂的物理实验、岩石热破裂的数值实验以及对高温岩体地热开发的数值模拟作了详细的介绍。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。　　本书介绍了岩石热应力的基础知识、均质热弹塑性力学模型和均质固热耦合数学模型及数值解法、非均质岩石的随机概率分布和岩石细观单元的赋值的基本概念，详细叙述了随机非均质热弹塑性力学模型和随机介质固热耦合数学模型及数值解法，对岩石热破裂的成果进行了叙述，特别是详细地介绍了在岩石热破裂数值实验研究方面的最新成果，并对岩石热应力的几个问题进行了讨论，最后对高温岩体地热开发进行数值模拟。　　本书内容丰富，可供力学、地质、采矿、水利、石油及大专院校的研究人员、师生和管理者参考。【作者简介】　　康健，男，副教授，博士，硕士生导师，1961年8月生，1983年7月毕业于新疆师范大学数学系，2004年6月于辽宁工程技术大学获工程力学博士学位，现任大连工业大学信息科学与工程学院应用数学系主任，主要从事工程力学与应用数学等领域的研究。在国内外核心期刊发表学术论文20余篇，获省级奖2项，市级奖1项。