1 绪论

1．1 引言

1．2 岩体动态、静态力学特性试验研究进展及评述

1．2．1 岩体静态力学特性的试验研究进展

1．2．2 岩体动态力学特性的试验研究进展

1．2．3 研究评述

1．3 岩体动态、静态损伤本构模型研究进展及评述

1．3．1 岩体静态损伤本构模型研究进展

1．3．2 岩体动态损伤本构模型研究进展及评述

1．3．3 研究评述

1．4 岩体动态、静态损伤数值计算研究进展及评述

1．4．1 岩体静态损伤数值计算研究进展

1．4．2 岩体动态损伤数值计算研究进展

1．4．3 研究评述

1．5 本书的主要内容

2 节理岩体力学特性的试验研究

2．1 引言

2．2 节理岩体静态单轴压缩试验

2．2．1 试验概况

2．2．2 试验结果及分析

2．2．3 试验结论

2．3 同时考虑宏观、细观缺陷的节理岩体静态单轴压缩试验

2．3．1 试验概况

2．3．2 试验结果及分析

2．3．3 试验结论

2．4 节理岩体动态SHPB试验

2．4．1 试验概况

2．4．2 试验结果及分析

2．4．3 试验结论

2．5 石灰岩节理试件动态SHPB试验

2．5．1 试验概况

2．5．2 试验结果及分析

2．5．3 试验结论

2．6 节理岩体动态摆锤式冲击试验

2．6．1 摆锤式，中击试验原理及试验方案

2．6．2 试验结果及分析

2．6．3 试验结论

3 基于统计损伤模型的贯通节理岩体损伤本构模型

3．1 引言

3．2 岩石损伤统计本构模型

3．2．1 岩石微元强度准则

3．2．2 岩石微元强度随机分布函数及相应的损伤模型

3．3 节理岩体损伤介质力学模型

3．3．1 损伤张量的定义

3．3．2 损伤演化方程

3．3．3 含损伤的本构方程

3．4 考虑宏观、细观缺陷耦合的节理岩体静态损伤本构模型

3．4．1 宏观、细观缺陷耦合损伤变量计算方法

3．4．2 岩体静态损伤本构模型的建立

3．4．3 算例分析

3．5 含单条贯通节理的岩体单轴压缩损伤本构模型

3．5．1 贯通节理岩体的破坏机理分析

3．5．2 贯通节理岩体损伤变量的计算

3．5．3 考虑宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体单轴压缩损伤本构模型

3．5．4 算例分析

3．6 考虑宏观、细观损伤耦合的贯通节理岩体动态损伤本构模型

3．6．1 本构模型的建立

3．6．2 参数确定

3．6．3 算例分析

4 基于元件模型的贯通节理岩体损伤本构模型

4．1 引言

4．2 元件模型理论

4．2．1 结构体变形机制元件

4．2．2 结构面变形机制元件

4．3 贯通节理岩体单轴压缩静态损伤本构模型

4．3．1 基于岩块和节理变形组合的岩体压缩变形本构方程

4．3．2 算例分析

4．4 贯通节理岩体三轴压缩静态损伤本构模型

4．4．1 三轴压缩下岩块与节理面的变形本构方程

4．4．2 算例分析

4．5 考虑节理剪切强度的贯通节理岩体单轴压缩静态损伤本构模型

4．5．1 考虑节理剪切强度对模型的修正

4．5．2 算例分析

4．6 考虑节理剪切强度的贯通节理岩体动态单轴压缩变形本构模型

4．6．1 本构模型的建立

4．6．2 本构模型的参数确定方法

5 基于TCK模型的贯通节理岩体动态损伤本构模型

5．1 引言

5．2 岩石细观动态损伤本构模型

5．2．1 基于TCK的岩石细观动态损伤本构模型

5．2．2 算例分析

5．3 基于宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体复合损伤张量

5．3．1 贯通节理岩体细观损伤变量

5．3．2 贯通节理岩体宏观损伤张量

5．3．3 贯通节理岩体宏细观缺陷耦合损伤变量

5．4 基于宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体动态损伤本构模型

5．4．1 基于TCK模型的岩体动态损伤本构方程

5．4．2 算例分析

5．4．3 模型验证

6 基于TCK模型的非贯通节理岩体动态损伤本构模型

6．1 引言

6．2 单轴压缩下非贯通节理岩体宏观损伤张量计算

6．2．1 非贯通节理岩体单轴压缩荷载作用方向上的损伤变量计算

6．2．2 应力强度因子计算

6．2．3 损伤变量的张量化

6．2．4 算例分析

6．3 双轴压缩下非贯通节理岩体宏观损伤张量计算

6．3．1 非贯通节理岩体双轴压缩荷载作用方向上的损伤变量计算

6．3．2 应力强度因子计算

6．3．3 算例分析

6．4 考虑宏细观缺陷耦合的非贯通节理岩体动态损伤本构模型

6．5 非贯通节理岩体弹性矩阵的确定

6．6 算例分析

6．6．1 含单组非贯通闭合节理的岩体力学特性

6．6．2 载荷应变率对岩体动力学特性的影响

6．6．3 节理内摩擦角对岩体动力学特性的影响

6．6．4 节理法向及切向刚度对岩体动力学特性的影响

6．6．5 节理厚度对岩体动力学特性的影响

6．6．6 节理倾角对岩体动力学特性的影响

6．7 模型验证

7 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体静态破坏机理及强度分析

7．1 引言

7．2 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体破坏机理

7．2．1 岩体材料破坏现象及破坏机理

7．2．2 直立层状岩质边坡溃屈破坏机理研究

7．2．3 顺倾层状岩质边坡溃屈破坏机理研究

7．3 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体强度分析

7．3．1 仅考虑宏观缺陷时的岩体强度分析

7．3．2 综合考虑宏观、细观缺陷时的岩体强度分析

8 考虑采矿爆破荷载的地下矿山矿柱尺寸设计

8．1 引言

8．2 石人沟铁矿地下开采工程简介

8．2．1 矿山概述

8．2．2 矿山地质概况

8．2．3 矿体开采总体设计

8．2．4 采场爆破设计方案

8．3 考虑爆破动荷载吋的矿柱尺寸设计

8．3．1 动载荷作用下完整矿柱尺寸计算方法

8．3．2 动载荷作用下含非贯通节理的矿柱尺寸计算方法

参考文献 2100433B

《节理岩体损伤本构模型及工程应用》系统介绍了节理岩体损伤力学试验、理论模型及其初步工程应用。全书共8章。分别介绍节理岩体损伤力学的发展现状及存在问题；节理岩体的静态、动态试验研究，包括单轴压缩试验、SHPB试验及摆锤式冲击试验等；基于统计损伤模型的贯通节理岩体静态、动态损伤本构模型：基于元件模型的贯通节理岩体静态、动态损伤本构模型：基于TCK模型的贯通及非贯通节理岩体动态损伤本构模型；节理岩体静态损伤本构模型在边坡溃屈破坏分析及在岩体强度分析中的应用：非贯通节理岩体动态损伤本构模型在地下矿山矿柱尺寸设计中的应用等内容。

《节理岩体损伤本构模型及工程应用》可供具有一定力学基础且从事岩体力学研究工作的技术人员学习参考．也可供高等院校岩土工程相关专业的教师及研究生等参考阅读。

《加锚断续节理岩体破坏机理及工程应用》以水电和隧道工程中断续节理岩体为研究背景，利用CT扫描和声发射技术对加锚断续节理岩体破坏机理开展了大量的试验研究，在试验的基础上进行系统的理论分析和数值模拟研究。提出了断续节理岩体裂隙扩展的力学本构模型、损伤演化方程和锚固止裂模型；建立了加锚三维裂隙岩体失稳破坏的突变模型和可有效反映锚固效应的三维加锚断续节理岩体断裂损伤本构模型；开发出适合断续节理岩体特点的三维大型有限元程序，为岩体工程稳定性评价和布锚参数优化提供了理论依据。其成果成功应用于国内多个大型水电与隧道工程中，取得显著效果。

《加锚断续节理岩体破坏机理及工程应用》可供从事土木工程、水电工程、隧道工程、矿山工程等领域的科研人员、工程技术人员和大专院校师生参考使用。

岩石力学与工程研究著作丛书》序

《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话

前言

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 概述

1.2.1 节理岩体与锚杆加固理论研究现状

1.2.2 节理岩体裂隙扩展研究现状

1.2.3 CT技术在岩石力学中的应用研究现状

1.2.4 声发射技术在岩石力学中的应用研究现状

1.3 本书研究方法和内容

1.3.1 本书的研究方法

1.3.2 本书研究内容

参考文献

第2章 节理岩体裂隙扩展的CT试验

2.1 引言

2.2 CT技术原理

2.2.1 CT技术检测原理

2.2.2 CT试验可以解决的岩石力学问题

2.3 试验设备

2.3.1 本试验的CT机配套设备简介

2.3.2 CT图像信息的提取

2.4 试件的加工制作

2.4.1 试件加工材料的选取

2.4.2 含裂隙试件加工示意图

2.4.3 试件的测量

2.4.4 试验方法

2.5 单裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展CT试验研究

2.5.1 单裂隙试件单轴压缩的CT试验

2.5.2 方案一——同心圆区域CT分析

2.5.3 方案二——等圆区域CT分析

2.5.4 方案三——等椭圆区域CT分析

2.5.5 纵向CT扫描图像分析

2.5.6 密度应力分析

2.5.7 损伤变量分析

2.5.8 裂隙扩展宽度的估算方法

2.5.9 小结

2.6 双裂隙试件单轴压缩的裂纹扩展CT试验研究

2.6.1 含44°双裂隙试件单轴压缩的CT试验

2.6.2 方案一——同心圆区域CT分析

2.6.3 方案二——等圆区域CT分析

2.6.4 方案三——等椭圆区域CT分析

2.6.5 纵向CT扫描图像分析

2.6.6 小结

2.7 单裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT试验研究

2.7.1 含19°单裂隙试件三轴压缩的CT试验

2.7.2 方案一——同心圆区域CT分析

2.7.3 方案二——等圆区域CT分析

2.7.4 方案三——等椭圆区域CT分析

2.7.5 纵向CT扫描图像分析

2.7.6 小结

2.8 双裂隙试件三轴压缩的裂纹扩展CT试验研究

2.8.1 含36°双裂隙试件三轴压缩的CT试验

2.8.2 方案一——同心圆区域CT分析

2.8.3 方案二——等圆区域CT分析

2.8.4 方案三——等椭圆区域CT分析

2.8.5 纵向CT扫描图像分析

2.8.6 小结

参考文献

第3章 节理岩体裂隙断裂声发射试验研究

3.1 引言

3.2 测试系统

3.3 不同材料内置裂隙扩展及贯通规律

3.3.1 试验材料及试样制备

3.3.2 三维裂隙的制作

3.3.3 均质材料中裂隙扩展与贯通

3.3.4 非均质材料的扩展特征

3.3.5 小结

3.4 表面裂隙扩展模式及其断裂机理

3.4.1 试验研究

3.4.2 试验结果及讨论

3.4.3 表面裂隙附近应变分析

3.4.4 表面裂隙扩展的声发射试验研究

3.4.5 裂隙深度比对断裂模式及强度的影响

3.4.6 砂岩中表面裂隙扩展破裂

3.4.7 反翼裂纹产生的力学机理

3.4.8 小结

参考文献

第4章 拉伸状态下节理岩体裂隙扩展试验研究

4.1 引言

4.2 改进的直接拉伸试验技术

4.2.1 现有主要直接拉伸试验技术

4.2.2 改进的直接拉伸试验技术

4.3 拉伸状态下三维内置裂隙扩展试验研究

4.3.1 试验材料和含裂隙试件的制备

4.3.2 拉伸试验装置和测试系统

4.3.3 含裂隙试件拉伸力学和断裂特征

4.3.4 裂隙倾角对试件力学性能和断裂特征的影响

4.3.5 小结

4.4 拉伸状态下三维表面裂隙扩展试验研究

4.4.1 试件制作

4.4.2 试验结果及分析

参考文献

第5章 节理岩体中锚杆加固止裂试验研究

5.1 引言

5.2 试件的加工制作

5.2.1 相似材料的研制及其力学参数的测定

5.2.2 锚杆材料的选择

5.2.3 模具及内置裂隙的制作

5.3 表面裂隙不同锚固方式小试件单轴压缩试验研究

5.3.1 预制裂隙形态及加锚方式

5.3.2 应力-应变曲线及试件力学特性分析

5.3.3 破坏模式及断裂机理分析

5.3.4 小结

5.4 表面裂隙不同锚固方式小试件单轴拉伸试验研究

5.4.1 锚固角度对锚固效果影响规律研究

5.4.2 锚固位置对锚固效果影响规律研究

5.5 节理岩体锚固效应大试块试验研究

5.5.1 试验总体设计

5.5.2 试验结果及分析

参考文献

第6章 复杂应力状态下断续节理岩体断裂损伤机理研究及其应用

6.1 引言

6.2 裂纹起裂判据及扩展方向

6.2.1 起裂准则

6.2.2 裂纹扩展方向

6.3 复杂应力状态下加锚节理裂纹扩展长度的确定

6.3.1 压剪情况下分支裂纹扩展长度

6.3.2 拉剪应力状态下分支裂纹扩展长度

6.4 岩体加锚增韧模型试验研究

6.5 裂隙岩体大型洞室群施工顺序优化研究

6.5.1 洞室群所在围岩地质构造概况及有关参数

6.5.2 计算有关参数

6.5.3 开挖假定及有限元计算有关问题

6.5.4 洞室群施工顺序优化分析

6.5.5 小结

参考文献

第7章 加锚断续节理岩体复杂应力状态下本构关系、损伤演化方程及工程应用

7.1 引言

7.2 加锚节理面抗剪强度与变形特点

7.3 节理面附近锚杆形变能及节理面形变能

7.3.1 锚杆在节理裂隙面附近的形变能

7.3.2 节理裂隙形变能

7.4 加锚节理裂隙岩体的本构关系

7.4.1 加锚节理岩体等效模型

7.4.2 分析构元等效模型中无锚节理裂纹体的等效劲度

7.4.3 分析构元等效模型中锚杆轴向力产生的等效劲度

7.4.4 分析构元等效模型中锚杆的“销钉”作用及裂纹体残余能量产生的等效劲度

7.5 加锚断续节理岩体拉剪应力状态下本构关系的研究

7.5.1 加锚节理岩体节理面及锚杆变形分析

7.5.2 锚杆在节理面附近聚积的形变能

7.5.3 加锚节理岩体构元等效模型

7.6 断续节理岩体拉压剪受力状态下的本构关系

7.7 加锚损伤岩体本构方程不同表现形式之间的转换关系

7.8 损伤演化方程

7.8.1 压剪应力场下损伤演化方程

7.8.2 拉剪应力场下损伤演化方程

7.9 三峡右岸地下电站厂房节理围岩稳定性断裂损伤分析

7.9.1 岩体力学参数和初始地应力

7.9.2 计算范围及工况

7.9.3 计算结果

7.9.4 小结

参考文献

第8章 裂纹扩展稳定性及遇到分界面时穿越条件研究

8.1 裂纹扩展失稳的突变模型

8.1.1 概述

8.1.2 裂纹扩展的突变模型

8.1.3 小结

8.2 裂纹扩展遇到分界面时穿越条件分析

参考文献

第9章 工程应用

9.1 琅砑山抽水蓄能电站地下厂房洞室群稳定性分析

9.1.1 工程概况和工程地质条件

9.1.2 数值计算分析相关条件

9.1.3 施工开挖方案

9.1.4 地下厂房支护设计方案

9.1.5 断裂损伤有限元分析法的计算结果

9.1.6 小结

9.2 青岛胶州湾隧道最小岩石覆盖厚度的断裂损伤分析

9.2.1 引言

9.2.2 计算模型

9.2.3 计算参数

9.2.4 计算结果

9.2.5 小结

9.3 象山港海底隧道最小顶板厚度的三维断裂损伤分析

9.3.1 引言

9.3.2 计算目的和任务

9.3.3 计算模型

9.3.4 计算参数

9.3.5 计算结果

9.3.6 小结2100433B

节理岩体的力学响应特性成为影响岩石地下工程安全稳定性的至关重要问题。岩体中节理裂隙分布的随机性、岩体力学强度参数及所遭受的外界荷载的不确定性等使得地下工程不可避免地存在风险，对不确定性因素造成的风险越加受到人们的重视。本课题运用随机力学理论，考虑节理岩体节理裂隙分布、岩体力学参数及外来荷载的随机性，研究节理岩体的随机力学响应问题，并用地质代表单元体的力学特性以随机分析法研究典型的大型地下洞室工程的安全稳定性，揭示典型地下洞室工程在随机因素作用下的失效破坏模式，并对洞室风险的时空响应问题进行探索，进行相应的洞室工程风险分级机制的研究，提出应对风险的措施。并拟开展一定的节理岩体单元体的块体模型试验，并与数值分析做对比。通过以上关键科学问题的研究，为节理岩体地下洞室工程的设计施工方案和参数的选取、支护加固措施的选择以及风险应对措施的制定提供科学有效的依据，推动岩石力学随机分析领域的研究和发展。