岩石断裂力学导论

总序

前言

第1章弹性力学基础

1.1应力分析

1.2应变分析

1.3弹性变形过程的热力学

1.4线性弹性

1.5弹性力学的平面问题

1.6弹性介质的应力应变曲线

参考文献

第2章线弹性断裂力学(一)裂纹周围的应力和位移

2.1Griffith的能量平衡理论

2.2柯洛索夫-木斯海里什维里(K-M)应力函数

2.3威斯特嘎德应力函数

2.4裂纹周围的应力和位移

参考文献

第3章线弹性断裂力学(二)应力强度因子、断裂韧性和能量释放率

3.1应力强度因子与断裂韧性

3.2无限大裂纹体中集中力及集中力偶作用时的K

3.3其他一些情况下求应力强度因子

3.4能量释放率及其与应力强度因子间的关系

参考文献

第4章二维脆性断裂的破裂判据

4.1引言

4.2最大周向应力理论

4.3应变能密度因子理论

4.4最大能量释放率理论

4.5最大张应力理论

4.6讨论

参考文献

第5章非线性断裂力学

5.1引言

5.2微裂纹的演化

5.3裂纹端部塑性区大小的估算及Irwin修正

5.4Dugdale(D-M)模型

5.5Barenblatt内聚力模型

5.6裂纹扩展阻力R和亚临界扩展

5.7裂纹端部张开位移δ(CTOD)

5.8J积分

5.9非线性区尺度

参考文献

第6章受压裂纹周围的应力和位移

6.1受压裂纹问题的特殊性

6.2受压裂纹周围的应力场

6.3裂纹面上的载荷为非均匀分布

参考文献

第7章受压裂纹扩展的实验研究

7.1受单轴压裂纹扩展的实验原理

7.2单轴压力下的实验研究

7.3伪三轴压力条件下的断裂实验

7.4差应力下岩石的体积膨胀

参考文献

第8章受压裂纹扩展的理论分析

8.1用非直线内聚带理论拟合破裂扩展途径

8.2扁椭圆裂纹模型

8.3利用断裂角实验数据分析非线性区尺度

8.4利用巴西圆盘试验测定岩石的抗拉强度

参考文献

第9章三维脆性破裂

9.1引言

9.2国内外研究概况

9.3Ⅱ-Ⅲ复合型裂纹破裂的实验研究

9.4三维脆性破裂的张应力判据

9.5三维破裂张应力判据临界K-曲面

9.6三维脆性破裂群的分形特征

9.7三维破裂的研究结果在地学中的意义

参考文献

第10章裂纹系

10.1引言

10.2共线裂纹问题的理论解

10.3共线剪切裂纹破裂的实验研究

10.4用非直线内聚带理论模拟破裂扩展途径

10.5其他几何结构的裂纹系实验

参考文献

第11章微裂纹演化导致岩石破裂成核的实验研究

11.1微破裂成核理论

11.2实验方法

11.3若干典型构造模型的实验观察

11.4理论分析

参考文献

第12章岩石的剪切破坏

12.1引言

12.2岩石抗剪切破坏强度

12.3岩石类介质中剪切破坏面形成的机理

12.4与剪切破坏有关的若干实验研究

12.5剪切破坏机理

12.6地壳内部的应力条件

12.7对地震时剪切破裂的若干参数的估计

参考文献

第13章用声发射方法研究微破裂演化导致成核

13.1引言

13.2完整岩石样品在加载过程中AE定位

13.3与构造相关的AE定位

13.4Kaiser效应和Felicity效应

13.5载荷保持不变时的声发射

13.6卸载时的声发射

13.7Kaiser效应和Felicity效应的机理分析

13.8总结与讨论

参考文献

第14章预应力作用下脆性破裂的稳定性和止裂

14.1引言

14.2脆性破裂的稳定扩展与失稳扩展

14.3止裂条件与止裂准则

14.4集中力或力偶

14.5分布力或力偶

14.6结论与讨论

参考文献

第15章流体的作用

15.1引言

15.2应力腐蚀

15.3孔隙率和渗透度

15.4通过孔隙介质流体的流动

15.5孔隙压力与有效应力

15.6水压致裂

15.7地球深部流体的存在

15.8超临界流体的作用

15.9流体在地震与断层活动中的作用

参考文献

第16章岩石断裂力学在震源物理中的应用

16.1地震孕育的膨胀模式

16.2摩擦准则

16.3地震孕育过程的流变模式

16.4地震破裂成核(nucleation)的基本含义

16.5地震破裂动力学简介

参考文献

第17章岩石损伤导致失稳破坏的地面物理测度

17.1引言

17.2损伤理论介绍

17.3细观非均匀性的表征及其统计分布

17.4统计细观损伤力学介绍

17.5CT技术的应用

17.6波速和波速比

17.7形变场测量

17.8声发射序列的能级和数量关系b值

17.9介质的各向异性

17.10微破裂声发射的频谱分析

17.11岩石中的声波衰减

17.12调制模式与调制比

17.13大地电阻率法和大地电位法

17.14加卸载响应比

17.15讨论

参考文献

第18章库仑力能否触发远场地震兼论库仑力的计算问题

18.1引言

18.2伏尔泰拉错动模型

18.3线弹性断裂力学模型

18.4滑动弱化模式破裂面上的应力处处给定

18.5库仑力能否触发远场的下一次地震

18.6讨论

参考文献

第19章一种与流体动力作用有关的地震破裂动力学模型

19.1引言

19.2导致孔隙压力突然增加的几种原因

19.3导致断层扩展的几种预应力分布情况

19.4“隧道效应”与分形断层破裂速度的测不准原理

参考文献

附录1弹性力学的常用公式

附录2无限大平板含扁椭圆孔的问题

附录3本书用到的积分

附录4大规模屈服条件下CTOD公式的推导

主要符号表

译名对照表

　　本专著主要反映断裂力学在地球科学中的应用进展，它涉及震源物理、工程与滑坡，断层与地震等跨尺度的岩石、岩体破裂问题。在基础部分介绍了线弹性断裂力学的基本知识，在专业部分主要阐述了作者在有关的理论和实验研究方面的成果，包括压力之下岩石内部的裂纹剪切破裂，过程区微裂纹的萌生、演化、集结，破裂周围的应力场和位移场等问题。　　本专著主要反映断裂力学在地球科学中的应用进展，它涉及震源物理、工程与滑坡，断层与地震等跨尺度的岩石、岩体破裂问题。在基础部分介绍了线弹性断裂力学的基本知识，在专业部分主要阐述了作者在有关的理论和实验研究方面的成果，包括压力之下岩石内部的裂纹剪切破裂，过程区微裂纹的萌生、演化、集结（成核），破裂周围的应力场和位移场，裂纹扩展途径，三维破裂问题等。本书也简要介绍了有关领域的前沿进展，包括岩石断裂的物理效应（如声发射），如何用地面物理测度来评估断层的活动性，预测失稳破裂的危险性，流体在岩石断裂中的作用，地球深部存在的超临界流体在地震成因方面的作用和地震破裂动力学等。　　本书可以作为高等院校有关专业的研究生教学参考和有关研究人员的参考。