分形-巖石力學導論

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1緒論

1.1巖石力學學科發(fā)展簡史

1.1.1學科起源

1.1.2發(fā)展階段

1.2巖石力學研究內(nèi)容與關鍵問題

1.2.1巖石的復雜性

1.2.2巖石力學的研究內(nèi)容

1.2.3巖石力學的核心問題

1.2.4工程中的巖石力學問題

1.3巖石力學主要研究方法

1.4巖石工程與學科發(fā)展

1.4.1工程實踐促進學科發(fā)展

1.4.2我國巖石工程的復雜性

1.4.3我國巖石工程面臨的挑戰(zhàn)

1.4.4巖石力學學科發(fā)展趨勢

1.5本書主要內(nèi)容

習題與思考題

2巖石工程地質(zhì)環(huán)境

2.1巖石工程的特殊性

2.2影響巖體性質(zhì)的地質(zhì)要素

2.2.1完整巖塊

2.2.2結(jié)構(gòu)面

2.2.3地應力

2.2.4孔隙流體

2.2.5溫度

2.3巖石的礦物成分與地質(zhì)成因

2.3.1巖石的礦物成分與結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2.3.2巖石的地質(zhì)成因

*2.3.3三大類巖石的野外鑒別

2.4結(jié)構(gòu)面成因與分類

2.4.1結(jié)構(gòu)面地質(zhì)成因

2.4.2結(jié)構(gòu)面力學成因

2.4.3結(jié)構(gòu)面分級與巖體結(jié)構(gòu)類型

2.5地應力及其分布規(guī)律

2.5.1地應力的基本構(gòu)成

2.5.2影響地應力場的因素

2.5.3淺部地應力分布的一般規(guī)律

2.5.4地應力測量方法簡介

2.5.5初始應力場的估算原則

習題與思考題

3巖石物理力學性質(zhì)

3.1巖石物理性質(zhì)

3.1.1巖石密度與比重

3.1.2巖石的孔隙性

3.1.3巖石的水理性

*3.1.4巖石的熱學特性

3.2巖石強度特性

3.2.1巖石單軸抗壓強度

3.2.2巖石點荷載強度

3.2.3巖石三軸抗壓強度

3.2.4巖石抗拉強度

3.2.5巖石抗剪強度

3.3巖石變形特性

3.3.1巖石變形指標及其確定

3.3.2單軸壓縮條件下的變形特征

3.3.3循環(huán)荷載作用下的變形特征

3.3.4三軸壓縮條件下的變形特征

3.3.5巖石的擴容

3.4巖石的流變

3.5影響巖石力學性質(zhì)的因素

3.5.1礦物成分的影響

3.5.2巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響

3.5.3水的影響

3.5.4溫度的影響

3.5.5風化程度的影響

3.5.6圍壓與加載速率的影響

習題與思考題

4結(jié)構(gòu)面與巖體力學性質(zhì)

4.1結(jié)構(gòu)面自然特征與參數(shù)采集

4.1.1結(jié)構(gòu)面的自然特征

4.1.2結(jié)構(gòu)面的參數(shù)采集

4.2結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)

4.2.1結(jié)構(gòu)面法向變形

4.2.2結(jié)構(gòu)面切向變形

4.2.3結(jié)構(gòu)面抗剪強度

4.2.4結(jié)構(gòu)面剪切特性影響因素

4.3巖體強度特性

4.3.1巖體強度經(jīng)驗關系估算

4.3.2巖體強度理論分析

4.3.3巖體強度數(shù)值分析

4.3.4巖體強度原位測試

4.4巖體變形特性

4.4.1巖體變形曲線及特征

4.4.2巖體變形參數(shù)經(jīng)驗估算

4.4.3巖體變形參數(shù)原位測試

4.5巖體水力學性質(zhì)

4.5.1滲流對巖體物理力學性質(zhì)的影響

4.5.2巖體滲透系數(shù)測試

習題與思考題

5工程巖體分級

5.1巖體地質(zhì)力學分級（RMR）

5.2礦山巖體分級（MRMR）

5.3巴頓巖體質(zhì)量分級（Q）

5.3.1Q分級系統(tǒng)

5.3.2Q值與地下工程支護措施

5.3.3Q系統(tǒng)在邊坡工程中的應用

5.4地質(zhì)強度指標（GSI）

5.5邊坡工程巖體質(zhì)量評價

5.5.1邊坡工程巖體分級（SMR）

5.5.2中國邊坡工程巖體分級（CSMR）

5.6工程巖體分級系統(tǒng)的關聯(lián)

5.7工程巖體分級方法的發(fā)展趨勢

習題與思考題

6巖石強度理論

6.1巖土介質(zhì)與理想材料的差異

6.2巖石強度理論發(fā)展歷程

6.2.1經(jīng)典巖石強度理論

6.2.2經(jīng)驗巖石強度理論

6.3基本概念

6.3.1應力不變量

6.3.2應變不變量

6.3.3主應力空間與偏平面

6.3.4屈服與破壞

6.4屈瑞斯卡準則

6.5米賽斯準則

6.6莫爾-庫侖強度準則

6.6.1庫侖準則

6.6.2莫爾強度理論

6.7德魯克-普拉格準則

6.8松崗元-中井照夫準則

6.9格里菲斯理論

6.10統(tǒng)一強度理論

*6.11摩擦材料廣義非線性強度準則

6.12三維霍克-布朗強度準則

6.12.1雙參數(shù)偏平面函數(shù)

6.12.2修正三維霍克-布朗強度準則

習題與思考題

7巖石本構(gòu)關系

7.1平衡方程和幾何方程

7.1.1平衡方程

7.1.2幾何方程

7.1.3邊界條件

7.2巖石彈性本構(gòu)關系

7.2.1各向同性線彈性本構(gòu)關系

7.2.2各向異性線彈性本構(gòu)關系

7.2.3各向同性非線彈性本構(gòu)關系

7.3巖石塑性本構(gòu)關系

7.3.1屈服條件

7.3.2加卸載準則與硬化規(guī)律

7.3.3全量型本構(gòu)關系

7.3.4增量型本構(gòu)關系

7.3.5塑性勢及流動法則

*7.3.6結(jié)構(gòu)面的彈塑性本構(gòu)關系

7.4巖石流變本構(gòu)關系

7.4.1基本元件的力學模型及本構(gòu)方程

7.4.2組合元件的力學模型及本構(gòu)方程

7.4.3流變力學模型識別

7.4.4巖石長期強度

習題與思考題

8巖石地下工程

8.1圍巖二次應力狀態(tài)分析

8.1.1圍巖二次應力狀態(tài)的彈性分布

8.1.2圍巖二次應力狀態(tài)的彈塑性分布

8.1.3地下工程圍巖穩(wěn)定性判別

8.2圍巖壓力計算

8.2.1圍巖壓力的分類

8.2.2塑性形變壓力

8.2.3松動壓力

*8.2.4豎井圍巖壓力計算

8.3地下結(jié)構(gòu)設計方法

8.3.1結(jié)構(gòu)力學方法

8.3.2收斂-約束法

8.4地下工程施工理念與方法

8.4.1新奧法

8.4.2新意法

8.4.3挪威法

8.5地下硐室主要支護與加固技術

8.5.1錨桿（錨索）

8.5.2噴射混凝土

8.5.3拱架

8.5.4現(xiàn)澆混凝土

8.5.5超前支護

習題與思考題

9深部巖石工程

9.1巖體開挖力學響應與影響要素

9.2深部巖體工程的賦存環(huán)境與力學特性

9.2.1深部“三高”環(huán)境

9.2.2深部巖體力學特性

9.3高地應力硬巖巖爆

9.3.1巖爆的定義及分類

9.3.2板裂破壞強度準則及劇烈程度判定

9.3.3巖爆傾向性分析與巖爆等級劃分

9.3.4巖爆現(xiàn)場監(jiān)測預警

9.3.5巖爆控制技術

9.4高地應力軟巖大變形

9.4.1軟巖的定義

9.4.2高地應力條件下軟巖大變形等級劃分

9.4.3高地應力條件下軟巖大變形控制方法

9.4.4大變形特殊支護結(jié)構(gòu)及讓壓支護體系

9.5高地溫與巖體力學性質(zhì)

9.5.1高溫對巖石物理力學性質(zhì)的影響

9.5.2高地溫對巖體工程的影響及應對措施

習題與思考題

10巖石地基工程

10.1巖石地基與基礎結(jié)構(gòu)形式

10.1.1巖石地基

10.1.2基礎結(jié)構(gòu)形式

10.1.3巖基上的荷載

*10.2巖石地基中的應力分布

10.3巖石地基的沉降變形

10.3.1彈性半空間表面作用豎向集中力的位移解

10.3.2巖基上淺基礎的沉降

10.3.3嵌巖樁基礎的沉降

10.4巖石地基的承載力

10.4.1巖基承載的破壞形式

10.4.2巖基極限承載力計算

10.4.3巖基承載力的確定方法

10.4.4特殊條件下的巖基承載力

10.5巖石地基（壩基）的穩(wěn)定性

10.5.1巖基的穩(wěn)定性

10.5.2壩基的失穩(wěn)模式

10.5.3壩基的抗滑穩(wěn)定性計算

習題與思考題

11巖石邊坡工程

11.1邊坡與災害

11.1.1邊坡變形破壞的演化階段

11.1.2邊坡破壞特征與分類

11.1.3邊坡災害的后果

11.2邊坡穩(wěn)定性影響因素

11.2.1巖土體性質(zhì)與地質(zhì)結(jié)構(gòu)

11.2.2水的影響

11.2.3振動的影響

11.3巖石邊坡工程的行業(yè)特征及設計要求

11.3.1巖石邊坡工程的行業(yè)特征

11.3.2巖石邊坡的設計要求

11.4邊坡穩(wěn)定性評價指標與設計標準

11.4.1邊坡穩(wěn)定性評價指標

11.4.2設計安全系數(shù)的選用

11.5邊坡穩(wěn)定性分析方法

11.5.1定性分析圖解法

11.5.2結(jié)構(gòu)面控制型邊坡失穩(wěn)模式與分析

11.5.3二維極限平衡條分法

11.5.4三維極限平衡條分法

11.5.5穩(wěn)定性分析方法的選用原則

11.6邊坡防護與加固

11.6.1邊坡災害防控原則

11.6.2邊坡災害防控措施

11.7邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測

習題與思考題

12巖石動力學

12.1巖石動力學概述

12.2巖石動力學試驗方法

12.3巖石的動力強度

12.3.1巖石動態(tài)增強因子

12.3.2巖石動態(tài)強度準則

12.4巖體工程中的應力波理論

12.4.1應力波基礎知識

12.4.2連續(xù)介質(zhì)內(nèi)一維應力波傳播分析方法

12.4.3應力波作用下節(jié)理本構(gòu)模型

12.4.4巖體內(nèi)應力波傳播的等效連續(xù)介質(zhì)方法

12.4.5巖體內(nèi)應力波傳播的位移不連續(xù)方法

12.5巖石動力學在工程中的應用

12.5.1爆破破巖與爆破振動測試

12.5.2沖擊破巖

12.5.3聲波測試

習題與思考題

13巖石工程流固耦合

13.1流固耦合基本概念

13.2巖石的有效應力

13.2.1巖石有效應力基本模型

13.2.2巖石的雙重有效應力

13.3裂隙巖體滲流規(guī)律

13.3.1含單裂隙巖體滲流規(guī)律

13.3.2含一組裂隙巖體滲流規(guī)律

13.3.3含多組裂隙巖體滲流規(guī)律

13.4三維應力下裂隙滲流耦合機制

13.4.1裂隙巖體法向變形與滲流的耦合關系

13.4.2三維應力下含單裂隙巖體滲流規(guī)律

13.4.3三維應力下裂隙巖體滲流規(guī)律

13.5巖體流固耦合基本方程

13.5.1滲流連續(xù)性方程

13.5.2應力平衡方程

13.5.3巖體流固耦合方程

13.6高壓流體致裂技術應用

13.6.1非常規(guī)儲層改造中的水力壓裂

13.6.2采礦工程中的水力壓裂

13.6.3超臨界二氧化碳壓裂

習題與思考題

14巖石力學數(shù)值分析方法

14.1概述

14.2有限單元法

14.2.1有限單元法簡介

14.2.2有限元法求解問題的步驟與要點

14.2.3強度折減法與失穩(wěn)判據(jù)

14.2.4基于強度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析實例

14.3有限差分法

14.3.1有限差分法簡介

14.3.2有限差分法求解問題的基本步驟

14.3.3FLAC軟件簡介

14.3.4軟弱圍巖隧道大變形分析實例

14.4離散單元法

14.4.1離散單元法簡介

14.4.2顆粒流基本理論

14.4.3接觸本構(gòu)模型與細觀參數(shù)選擇

14.4.4PFC軟件在巖石力學與工程領域的應用

14.5連續(xù)-非連續(xù)單元法

14.5.1連續(xù)-非連續(xù)單元法簡介

14.5.2巖體損傷破裂的力學模型

14.5.3單元接觸檢測方法

14.5.4基于CDEM的三維臺階爆破全過程分析實例

14.6無單元伽遼金法

14.7數(shù)值流形法

14.8數(shù)值分析方法展望

習題與思考題

主要參考文獻

后記