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1静载下岩石变形与强度 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 5

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 8

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岩石变形特性的表示指标 13

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及流变特性 17

1.4.1弹性应力下的应力应变关系 17

1.4.2岩石流变的本构方程及特性 19

1.5岩石的强度与强度准则 25

1.5.1岩石的强度 25

1.5.2加载条件对岩石强度的影响 29

1.5.3强度准则 31

1.6岩石力学中的断裂力学方法 39

1.6.1岩石断裂力学方法的引入 39

1.6.2裂纹尖端的应力场及应力强度因子 41

1.6.3裂纹扩展中的能量平衡 45

1.6.4裂纹的扩展判据 48

1.6.5裂纹的动态扩展 52

1.7岩石力学中的损伤理论与分形方法 56

1.7.1损伤及其表示 56

1.7.2损伤的演化方程及损伤材料的本构方程 57

1.7.3岩石中损伤的测量方法 58

1.7.4岩石力学中的分形几何方法 60

2岩石中的应力波 64

2.1应力波的基本概念 64

2.1.1应力波的产生 64

2.1.2应力波分类 65

2.1.3应力波方程的求解方法 66

2.1.4应力波理论的应用 67

2.2无限介质中的弹性应力波方程 68

2.3一维长杆中的应力波 70

2.3.1描述运动的坐标系 70

2.3.2一维应力波的基本假定 72

2.3.3一维杆中纵波的控制方程 72

2.4一维杆中应力波方程的特征线求解 74

2.4.1特征线及特征线上的相容关系 75

2.4.2半无限长杆中一维弹性应力波的特征线解 78

2.4.3线弹性应力波 79

2.4.4一维杆中弹性应力波的作图法求解 81

2.5一维杆中线弹性应力波方程有效性的讨论 82

2.6一维弹性应力波的反射与透射 84

2.6.1两弹性波的相互作用 84

2.6.2弹性波在固定端和自由端的反射 86

2.6.3不同介质界面上弹性波的反射与透射 87

2.7弹性波斜入射时的反射与透射 91

2.7.1弹性纵波在自由面上斜入射时的反射 91

2.7.2弹性纵波在介质分界面斜入射时的反射与透射 93

2.8应力波反射引起的破坏 94

2.9一维杆中的弹塑性应力波 100

2.9.1材料的弹塑性应力-应变模型 100

2.9.2一维杆中的塑性加载波 102

2.9.3弹塑性波的相互作用 103

2.9.4塑性波的卸载 107

2.10一维应变波 115

2.10.1一维应变状态 115

2.10.2一维应变弹塑性波 118

3岩石中的爆炸应力波 120

3.1炸药的爆轰理论基础 120

3.1.1爆轰波基本方程 121

3.1.2爆轰稳定传播的条件 125

3.1.3爆轰的参数计算 129

3.2炸药爆炸传入岩石中的载荷 133

3.2.1耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷 133

3.2.2不耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷 136

3.3岩石中的应力波速度 137

3.3.1应力波速度与岩石力学性质参数的关系 137

3.3.2影响应力波速度的岩石性质参数 139

3.4岩石中爆炸应力波的特征与衰减规律 143

3.4.1冲击载荷作用下岩石变形规律与特征 144

3.4.2岩石中爆炸应力波的衰减 145

3.4.3岩石中平面应力波的衰减 147

3.5应力波通过结构面的透射与反射 148

3.5.1应力波向结构面斜入射时的一般解 149

3.5.2结构面两侧为相同岩石的应力波反射与透射 151

3.5.3结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波透射与反射 153

3.5.4弹塑性波通过界面的透射与反射 153

3.6层状岩石中的应力波 158

3.6.1等效波阻抗法 158

3.6.2单频应力波通过岩石夹层的透射 161

3.6.3三角形应力波通过夹层的透射 162

3.6.4不同应力波形通过夹层的透射应力特征 163

3.7顺岩石表面的应力波 164

3.7.1瑞利表面波 165

3.7.2勒夫表面波 167

3.7.3沿边界的纵波（膨胀波） 168

3.7.4平板中的波 169

4岩石动力学实验技术 172

4.1霍布金森压杆技术原理 172

4.2霍布金森压杆测试系统 176

4.2.1动力源 177

4.2.2弹性压力杆 179

4.2.3支撑架 179

4.2.4测试分析仪表 179

4.3霍布金森压杆技术在岩石动力学性质研究中的应用 183

4.3.1花岗岩与大理岩的动态本构关系 184

4.3.2大理岩与砂岩的本构关系 185

4.3.3不同围压下岩石的动态本构关系 188

4.3.4岩石的动态断裂强度与应变率的关系 192

4.3.5岩石动态破坏形态与应变率关系 195

4.3.6其他岩石类材料的动态性质 196

4.4霍布金森压杆技术的改进 198

4.4.1直锥变截面霍布金森压杆 199

4.4.2分离式霍布金森压杆（SHPB）中的预留间隙法 200

4.4.3不同撞击杆形状的SHPB测试系统 201

4.4.4用于研究硬脆材料的SHPB 202

4.4.5用于软材料的SHPB 204

4.5霍布金森拉杆、扭杆及三轴应力霍布金森压杆 207

4.5.1霍布金森拉杆 207

4.5.2霍布金森扭杆 209

4.5.3三轴应力霍布金森压杆 210

4.5.4岩石动态拉伸特性的霍布金森间接法测量系统 211

4.5.5岩石动态断裂韧度霍布金森实验系统 213

4.5.6一种用于软材料动力学性质测量的三轴霍布金森压杆系统 217

4.6泰勒圆柱测试技术与膨胀环测试技术 221

4.6.1泰勒圆柱测试技术 221

4.6.2膨胀环测试技术 223

4.7动力学试验中的加载装置 224

4.7.1炸药爆炸加载装置 225

4.7.2轻气炮加载装置 227

4.7.3电磁轨道炮 229

5岩石爆破理论及其数值计算模型 231

5.1无限岩石中炸药的爆炸作用 231

5.1.1岩石中柱状药包爆破产生的爆炸载荷 234

5.1.2爆炸载荷作用下岩石的破坏准则 235

5.1.3压碎圈与裂隙圈半径计算 236

5.2岩石爆破的破碎块体大小控制 238

5.2.1岩石爆破破碎的物理本质 239

5.2.2炸药爆速对破碎块度的影响 240

5.2.3单位体积炸药消耗量与破碎块度的关系 241

5.2.4爆破装药与爆破损伤区大小的关系 242

5.2.5要点归纳 243

5.3临近自由面条件下炸药的爆炸作用 244

5.3.1爆破漏斗的几何参数 245

5.3.2形成标准抛掷爆破漏斗的条件 247

5.3.3 C.W.Livingston的爆破漏斗理论 248

5.4考虑地应力效应的巷道崩落爆破参数 250

5.4.1问题的提出 250

5.4.2高地应力条件下崩落爆破漏斗的形成 251

5.4.3高地应力条件下的崩落爆破参数 253

5.4.4工程应用要点 257

5.5岩石爆破的弹性理论模型 258

5.5.1 G.Harries模型 259

5.5.2 R.R.Favreau模型 260

5.5.3台阶爆破的三维模型 261

5.6岩石爆破的断裂理论模型 263

5.6.1 BCM模型 264

5.6.2 NAG-FRAG模型 266

5.7岩石爆破的损伤理论模型 268

5.7.1 K-G损伤模型 269

5.7.2 KUS损伤模型 271

5.7.3 Yang等人的模型 273

5.8岩石爆破的分形损伤模型 275

5.8.1损伤因子的分形表示 275

5.8.2岩石爆破中裂纹分形的演化规律 276

5.8.3岩石的动态本构关系 276

6岩石周边控制爆破新技术 278

6.1影响井巷周边爆破效果的因素与控制 278

6.1.1影响井巷周边爆破效果的因素及分析 278

6.1.2减少井巷超挖、提高爆破效果的措施 280

6.2周边爆破参数设计的断裂力学方法 283

6.2.1周边炮孔间贯通裂纹的形成机理 283

6.2.2爆破参数的计算 286

6.2.3工程应用 288

6.2.4技术要点 289

6.3光面爆破相邻炮孔存在起爆时差的炮孔间距计算 289

6.3.1概述 289

6.3.2光面爆破在岩石中引起的爆炸应力场 290

6.3.3相邻炮孔间形成贯通裂纹的条件 292

6.3.4炮孔间距的计算 293

6.3.5分析与讨论 295

6.3.6本节要点 297

6.4软弱岩石中的周边爆破理论 298

6.4.1崩落眼爆破对光爆层岩石的损伤 299

6.4.2损伤岩石的光爆参数及分析 301

6.4.3定向断裂爆破技术 302

6.4.4技术总结 303

6.5岩石定向断裂控制爆破的参数设计 304

6.5.1切缝药包岩石定向断裂爆破炮孔间贯通裂纹的形成机理 305

6.5.2切缝药包岩石定向断裂爆破参数的计算 308

6.5.3与光面（预裂）爆破的对比分析和讨论 310

6.5.4基本结论 311

6.6切缝药包定向断裂爆破切缝管的切缝宽度确定 311

6.6.1问题背景 311

6.6.2切缝药包定向断裂爆破的炮孔间贯通裂纹形成机理 312

6.6.3切缝管的切缝宽度计算 316

6.6.4切缝药包爆破中的预裂纹长度 318

6.6.5本节要点归纳 318

6.7深埋岩石隧硐的周边控制爆破方法 319

6.7.1引言 319

6.7.2原岩应力对光面爆破炮孔间贯通裂纹的影响 320

6.7.3原岩应力对预裂爆破炮孔间贯通裂纹的影响 324

6.7.4考虑原岩应力影响下的光面爆破参数 325

6.7.5进一步的讨论 326

6.7.6方法小结 327

6.8周边控制爆破引起围岩的损伤 328

6.8.1光面（预裂）爆破在围岩中造成的损伤场 328

6.8.2岩石定向断裂爆破技术在降低围岩损伤方面的作用 331

6.8.3周边爆破的技术设计 332

6.9岩石周边爆破理论的分形分析 333

6.9.1爆破形成围岩壁面分形及其分形维 334

6.9.2周边眼之间爆破裂纹的形成特征 335

6.9.3周边控制爆破在围岩中引起的损伤 337

6.9.4周边定向断裂控制爆破技术在保护围岩方面的分形分析 337

6.9.5本节小结 339

6.10基于最有效保护围岩的定向断裂爆破参数 339

6.10.1引子 339

6.10.2定向断裂爆破的破岩过程 341

6.10.3定向断裂爆破的参数设计 342

6.10.4算例与分析 345

6.10.5本节要点归纳 347

参考文献 348

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