《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

第一章绪论

1.1深部开采面临的岩爆问题

1.1.1岩爆的定义

1.1.2开采诱发岩爆的因素分析

1.1.3动态扰动是触发深部矿山岩爆的关键性因素

1.2动态扰动作用下岩石破裂过程的研究现状

1.2.1试验研究方面

1.2.2理论及数值模拟研究方面

1.3本书的研究工作

参考文献

第二章动态扰动下岩石破裂的数值试验方法

2.1动载荷与弹性波

2.1.1静载荷和动载荷

2.1.2弹性体的振动和弹性波

2.2动态扰动激发的应力波

2.2.1介质的弹性常数及弹性波类型

2.2.2杆中的一维纵波

2.2.3三维固体中的应力波

2.2.4平板中的平面波

2.2.5球面波与柱面波

2.2.6应力波的反射与折射

2.2.7应力波的能量及其衰减

2.3动态扰动诱致的岩石破裂

2.3.1动载荷（应力波）作用下岩石的力学特性

2.3.2剥落破裂

2.3.3会聚效应造成的破裂

2.4岩石类介质非均匀性的表征方法

2.4.1基于统计分布的方法

2.4.2基于数字图像处理技术的方法

2.5弹性动力学方程的有限元求解

2.5.1中心差分法

2.5.2线性加速度法和Wilson—θ法

2.6动态应力作用下岩石的损伤力学本构关系

2.7应力波诱致破裂的数值模拟程序—RFPA—Dynamlcs

2.7.1材料参数的赋值

2.7.2应力波诱发破裂的数值模拟流程

2.7.3静一动组合加载下岩石破裂的数值模拟流程

2.7.4结果显示及处理

2.8RFPA—Dynamics的验证

2.8.1与理论解的对比

2.8.2对一维波传播过程的模拟

2.8.3与试验结果的对比——巴西圆盘中的应力分布

2.8.4动态破裂过程分析功能的验证

2.9数值模拟与数值试验

2.10本章小结

参考文献

第三章动态剥落破裂的数值试验

3.1平板波传播的数值试验

3.2非均匀岩板试样的剥落破裂及动态剥落强度

3.2.1非均匀岩板试样的数值模型

3.2.2数值试验结果及分析

3.2.3非均匀性对动态强度的影响

3.2.4应力波作用时间对试件剥落模式的影响

3.3单骨料混凝土板中的应力波传播及动态剥落

3.3.1数值模型

3.3.2应力波的传播及其诱致的破裂

3.3.3不同应力波作用时间时试样的破坏过程

3.3.4不同应力波峰值时试样的破坏过程

3.3.5试样中的应力变化

3.4混凝土杆试样的动态剥落破裂

3.4.1混凝土杆状试样数值模型

3.4.2混凝土试样在静态载荷下强度

3.4.3动载荷作用下非均匀混凝土试样的破裂

3.5混凝土梁的动态剥落破裂

3.5.1混凝土梁的数值模型

3.5.2砂浆梁试样的剥落破裂过程

3.5.3应力波作用时间对梁剥落破坏的影响

3.5.4应力波峰值对梁剥落破坏的影响

3.6本章小结

参考文献

第四章岩石爆破损伤的数值试验

4.1岩石爆破损伤研究的意义

4.2爆炸载荷下岩石的力学响应

4.3岩石爆破损伤的研究现状

4.3.1岩石爆破作用机理

4.3.2岩石爆破损伤模型及数值模拟

4.3.3地应力的影响

4.3.4切缝药包定向断裂爆破

4.4岩石爆破损伤的数值计算模型

4.4.1爆破应力波

4.4.2爆破应力波的传播特征与衰减规律

4.4.3爆生气体的膨胀压力

4.4.4力平衡方程

4.4.5初始条件和边界条件

4.4.6岩石爆破损伤的本构关系

4.4.7方程的有限元求解及其验证

4.5应力波作用下单孔爆破损伤的数值模拟

4.5.1与文献（27）结果的对比分析

4.5.2爆生气体压力作用的影响

4.6两孔爆破损伤数值试验

4.6.1岩体爆破损伤的力学模型

4.6.2应力波单独作用下双孔爆破损伤数值试验

4.6.3爆破应力波和爆生气体共同作用下双孔爆破损伤数值试验

4.6.4炮孔间距影响规律的数值试验

4.7地应力对爆破损伤及裂纹扩展的影响

4.7.1地应力分布的一些基本规律

4.7.2单孔单向地应力下爆破损伤的数值试验

4.7.3双孔双向地应力下的爆破损伤的数值试验

4.8切缝爆破成缝规律的数值试验

4.8.1定向切缝控制爆破原理

4.8.2数值模型及计算结果分析

4.9本章小结

参考文献

第五章动载荷作用下岩石试样的破裂过程

5.1平面压缩应力波作用下岩石的破裂过程

5.1.1应力波幅值的影响

5.1.2应力波持续时间的影响

5.2巴西圆盘试样的动态破裂过程

5.2.1数值模型

5.2.2静载荷作用下的破坏过程

5.2.3动载荷作用下的破坏过程

5.3含预裂纹巴西圆盘试样的动态破裂过程

5.3.1含预裂纹巴西圆盘试样的数值模型

5.3.2静载荷作用下的破裂过程

5.3.3动载荷作用下的破裂过程

5.4不规则岩块的破裂过程

5.4.1不规则岩块的数值模型

5.4.2不同动态应力波幅值对破裂过程的影响

5.4.3不同动态应力波持续时间的影响

5.5冲击载荷作用下球形试样的破碎过程

5.5.1相似模拟试验简介及数值模型

5.5.2试样中应力分布的数值试验

5.5.3球试样破碎过程的数值试验

5.6本章小结

参考文献

第六章静一动组合加载下岩石的破裂过程

6.1岩石破裂的SHPB试验及结果

6.1.1SHPB试验设备及其原理

6.1.2磁铁矿石试验结果分析

6.1.3片麻岩试验结果分析

6.2SHPB试验中应力波传播的一维波动理论分析

6.2.1—维波动理论及分析程序

6.2.2程序验证

6.2.3不同冲头形状时SHPB试验的一维波动分析

6.3SHPB试验中的应力波传播过程分析

6.3.1开展SHPB试验数值模拟的必要性

6.3.2数值模型的建立

6.3.3数值试验结果分析

6.4动态扰动下岩石破裂过程的数值试验

6.4.1应力波的作用时间对损伤机制的影响

6.4.2应力波峰值对损伤机制的影响

6.4.3岩石均质度的影响

6.5静一动组合加载下岩石破裂过程的数值试验

6.6本章小结

参考文献

第七章动态扰动触发深部岩巷岩爆的数值试验

7.1静态地应力条件下巷道围岩的应力分布及破裂特征

7.1.1地下巷道的力学模型

7.1.2巷道周边的应力分布

7.1.3RFPA—Dynamics程序用于巷道围岩损伤及破坏的验证

7.1.4不同断面形状巷道的破坏过程分析

7.2动态扰动触发深部巷道失稳破裂的数值试验

7.2.1圆形巷道的数值模型

7.2.2动态扰动触发岩巷岩爆的机理分析

7.3本章小结

参考文献

索引

彩图2100433B

朱万成，男，博士，东北大学教授，博士生导师，德国洪堡学者。1974年2月出生于新疆呼图壁县，2001年于东北大学获得采矿工程博士学位。2006年晋升为教授，同年人选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，获得第六届辽宁青年科技奖，并被遴选为辽宁省高等学校优秀青年骨干教师，2008年获得中国岩石力学与工程学会第五届青年科技奖(金奖)，2009年入选“新世纪百千万人才工程”国家级人选和辽宁省百千万人才计划(百人层次)，并获得霍英东教育基金会第十二届高等院校青年教师奖(二等奖)和应用类项目资助；2010年被评选为第七届辽宁省先进科技工作者，2012年获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金资助，并享受国务院特殊津贴，2013年获得中国青年科技奖。自1999年起多次应邀赴香港理工大学进行合作研究，2004年2月至2006年2月赴澳大利亚西澳大学进行博士后研究和学术访问，2006年10月至2007年11月在德国波鸿大学做洪堡学者，曾在瑞士洛桑联邦理工学院、英国曼彻斯特大学、韩国首尔国立大学、澳大利亚西澳大学、南非金山大学等进行短期学术访问。现兼任国际岩石力学学会会员，中国岩石力学与工程学会理事和该学会下属的“岩石破碎工程专业委员会”的副主任，“地下工程分会”的常务理事，“岩体物理与数学模拟专业委员会”、“教育工作委员会”和“岩石动力学委员会”的委员。唐春安，男，1958年3月生于湖南省黔阳县。1982年毕业于中南矿冶学院(现为中南大学)采矿专业，1984年和1988年分别获得东北大学硕士和博士学位。曾任国务院第五届学科评议组成员、中国岩石力学与工程学会副理事长、国际岩石力学学会中国国家小组主席。现为大连理工大学教授、博士生导师，兼任《岩石力学与工程学报》副主编，InternationalJournal of Rock Mechanics and Mining Sciences、GeoMechanics and GeoEngineering杂志编委。1991～1992年赴英国帝国理工学院做博士后研究，多次应邀学术访问加拿大、英国、瑞典、美国、日本、瑞士、韩国、新加坡及我国香港等国家和地区。

主要从事岩石破坏机理及岩石工程灾害分析、监测预警方面的研究工作，研究领域涉及岩爆、突水、瓦斯突出、矿震、地表沉陷以及岩石工程结构或边坡稳定性分析等。近年来，在国内外多种学术刊物和会议上发表各类学术论文400多篇(其中SCI收录120多篇，EI收录300多篇，国内外“他人引用”达5000多次)。出版Rock Failure Mechanism、《岩石破裂过程中的灾变》、《岩石破裂过程数值试验》等学术专著六部。

1988年以来，先后主持国家自然科学基金和部委级基础性研究课题30余项，主持国家自然科学基金重点项目和国际重大合作项目各一项，研究成果分别在“淮南矿业集团瓦斯突出监测预警”、“雅砻江锦屏一级水电工程(世界第一高坝)左岸高陡边坡稳定性分析与监测预警”和“锦屏二级水电工程(世界最大规模深埋隧洞群)岩爆监测预警”等10余个典型或重大工程中得到应用。获得国家科技进步奖二等奖、省部级奖二等奖以上科技成果奖励七次。分别于1994年和1995年获得国家教委“跨世纪优秀人才培养计划”和“国家杰出青年科学基金”的资助。曾荣获第四届中国青年科技奖、辽宁省青年五四奖章、宝钢教育基金优秀教师奖，辽宁省第四批省级优秀专家，并首批入选“国家百千万人才工程计划”。左宇军，男，1965年生，博士后，贵州大学教授，矿业工程学院副院长。1987年和1989年毕业于东北大学分获学士和硕士学位，1990～2002年在长沙矿山研究院从事爆破技术研究，2005年毕业于中南大学获博士学位，2005～2007年在东北大学从事博士后研究，2010年调入贵州大学。现兼任中国岩石力学与工程学会破碎专业委员会委员、辽宁省工程爆破协会常务理事、公安部高级爆破工程师。

主要从事采矿技术、岩石动力学、爆破技术及数值模拟研究。承担或参加国家自然科学基金等科研课题10余项，在国内外发表学术论文50余篇，其中SCI收录10余篇，EI收录20余篇。1993年，获中国有色金色工业总公司科技进步奖二等奖(排名第三)，2007年获国家科技进步奖二等奖(排名第十二)，2007年获辽宁省自然科学学术成果(学术论文类)奖二等奖(排名第一)

《深部岩体动态损伤与破裂过程》可作为高等院校采矿工程、隧道与地下工程、岩体力学、防护工程等专业研究生的教学参考书，也可供从事相关专业教师、工程技术人员、研究生及高年级的本科生阅读与参考

《深部岩体开挖瞬态卸荷机制与效应》主要介绍深埋洞室岩体开挖瞬态卸荷机制、效应和控制技术，包括深部岩体开挖瞬态卸荷力学过程和计算模型、钻爆开挖过程围岩应力和应变能的瞬态调整机制、深部岩体开挖瞬态卸荷激发的围岩振动、深部岩体爆破开挖引起的围岩开裂机制和岩爆效应、深部岩体爆破开挖过程中的围岩损伤演化机制、开挖瞬态卸荷引起的围岩松动与变形机制、深部岩体开挖瞬态卸荷动力效应控制技术等内容。

开展高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的现场与室内强度、流变和渗流试验，研究深部裂隙岩体的变形机理与破坏准则、渗透特性及水力耦合机理，建立反映深部地质环境与工程扰动效应的岩体水力耦合模型与分析方法；研究深部岩体的流变变形规律，建立高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的流变模型与分析方法；研究深部工程岩体开挖过程的变形与渗流控制机理，提出深部岩体渗流和变形控制安全判据，为锦屏一级、二级水电站地下洞室群和引水隧洞等高地应力高渗透压条件下裂隙岩体的渗流和变形控制提供理论依据。研究成果在西部水电开发、核废料地质深层处置、深部采矿和石油开采等领域具有广阔的工程应用前景。 2100433B

基于深部岩体的物理及力学特性，《深部开采底板破裂与裂隙演化基础试验研究》主要分析了深部煤层采后底板岩体的应力和位移变化规律，建立了深部底板采动岩体的受力模型，获得了隔水层的三种破裂模式及判断准则，推导了不同破裂模式下合理的工作面长度，提出了诱发底板突水灾害的三种突水模式；提出了底板岩体不同采动裂隙的起裂准则，获得了压剪和拉剪应力条件下裂隙演化与主应力及水压的关系，研究了岩体的裂隙几何属性对大尺寸试样裂隙演化及贯通模式的影响规律；基于真三轴实验研究了双轴加载下预制单裂隙和双裂隙大尺寸试样在不同加载速率下破裂、裂隙演化规律及声发射行为特征；获得了以石蜡、凡士林、河砂、碳酸钙和液压油为新型隔水材料的优配比，得到了深部底板采动岩体和断层岩体的裂隙演化规律；模拟研究了高承压水下煤层埋深、断层产状要素及底板不同岩性组合对底板采动岩体裂隙演化的影响作用；利用现场钻孔漏失量反演获得了深部底板采动岩体裂隙演化的实测规律。

《深部开采底板破裂与裂隙演化基础试验研究》可供从事采矿工程、安全工程、地下岩土工程及矿山安全生产检测等方面研究的科技工作者及现场工程技术人员参考使用，也可作为本科生和研究生的课外阅读材料。