巖石斷裂力學

目錄前言主要符號表外國人名譯名對照表第1章緒論11．1巖石斷裂力學的內(nèi)容和意義11．2巖石結構的不均勻性和力學特征31．3巖石的全應力應變曲線51．4巖石破壞的類型71．4．1縱向破裂71．4．2剪切破壞81．4．3拉伸破裂81．5地殼中的斷層8第2章線彈性斷裂力學112．1格里菲斯理論和斷裂力學的發(fā)展112．2克羅索夫穆斯海里什維里應力函數(shù)142．2．1裂紋的三種基本類型142．2．2克羅索夫穆斯海里什維里函數(shù)142．2．3Ⅰ型裂紋的KM應力函數(shù)152．2．4Ⅱ型裂紋的KM應力函數(shù)162．3威斯特嘎德應力函數(shù)———Ⅰ型裂紋172．3．1威斯特嘎德應力函數(shù)172．3．2含Ⅰ型裂紋無限大板的應力分布172．3．3Ⅰ型裂紋的威斯特嘎德函數(shù)與KM應力函數(shù)的換算關系182．3．4含Ⅰ型裂紋無限大板的位移場192．3．5Ⅰ型裂紋周圍應力和位移的輻角式192．3．6Ⅰ型裂紋面上的位移202．3．7Ⅰ型裂紋周圍應力分布的全場圖212．3．8Ⅰ型裂紋端部的應力與位移232．4威斯特嘎德應力函數(shù)———Ⅱ型裂紋252．4．1無限大板含中心Ⅱ型裂紋的威斯特嘎德應力函數(shù)252．4．2Ⅱ型裂紋的威斯特嘎德函數(shù)與KM應力函數(shù)的關系262．4．3Ⅱ型裂紋周圍應力和位移的輻角式262．4．4Ⅱ型裂紋面上的位移262．4．5Ⅱ型裂紋周圍的應力全場分布圖形272．4．6Ⅱ型裂紋端部的應力與位移292．5威斯特嘎德應力函數(shù)———Ⅲ型裂紋302．5．1無限大板含中心Ⅲ型裂紋的威斯特嘎德應力函數(shù)302．5．2Ⅲ型裂紋周圍全場應力和位移的輻角式322．5．3Ⅲ型裂紋面上的位移322．5．4受遠場剪切力Ⅲ型裂紋周圍全場應力分布圖形322．5．5Ⅲ型裂紋端部附近的應力和位移342．6破裂周圍應力的近場式與全場式的關系35第3章應力強度因子、斷裂韌性和能量釋放率413．1應力強度因子與斷裂韌性413．1．1應力強度因子的基本概念413．1．2斷裂韌性423．1．3應力強度因子的計算423．2無限大裂紋體中集中力及集中力偶作用時的應力強度因子463．2．1集中力463．2．2集中力及集中力偶作用時的應力強度因子473．3其他一些情況下求應力強度因子493．3．1集中力作用于裂紋上表面493．3．2相等的集中力作用于裂紋上下表面的對應點上503．3．3裂紋面上作用一對集中力的威斯特嘎德函數(shù)513．3．4裂紋面上作用對稱于x、y軸的集中力523．3．5裂紋面上作用對稱于x、y軸的分布載荷533．3．6裂紋面上受對稱于x軸的任意分布載荷的作用543．3．7裂紋面上的載荷對于x對稱，但對于y反軸對稱分布543．3．8有限寬板中心裂紋受無限遠分布載荷的作用553．3．9有限寬板中邊緣裂紋受無限遠分布載荷的作用553．3．10有限寬板中心裂紋受有限遠對稱于x軸點載荷的作用553．3．11應用疊加原理求K的例子563．3．12無限大彈性體中有一圓盤形裂紋，無限遠處在垂直于裂紋面的方向上作用均勻拉應力573．4能量釋放率及其與應力強度因子間的關系573．4．1基本概念573．4．2常位移的情形593．4．3常載荷的情況603．4．4更一般的情形613．4．5貝克納爾公式613．4．6G與K之間的關系643．4．7裂紋應變能653．4．8兩種判據(jù)的等效條件66第4章脆性斷裂的判據(jù)與相似性定理674．1基本概念674．1．1破裂判據(jù)674．1．2受壓裂紋問題的特殊性674．2**環(huán)向應力理論684．2．1**環(huán)向張應力準則684．2．2應力只保留奇異項的分析694．2．3裂紋開始擴展的應力條件714．2．4單軸拉伸條件下含斜裂紋材料的抗拉脆斷能力724．2．5應力保留到零階項修正744．3應變能密度因子理論774．3．1應變能密度因子的概念774．3．2應用784．4**能量釋放率理論814．5**張應力理論824．5．1**張應力判據(jù)824．5．2歐拉角極值搜索法834．6庫侖莫爾準則834．6．1庫侖莫爾準則834．6．2拜爾利定律874．7巖石失穩(wěn)破壞的條件904．7．1加載系統(tǒng)的剛度904．7．2失穩(wěn)條件914．8相似理論和巖石斷裂力學實驗設計基礎934．8．1量綱分析的基本概念944．8．2相似**定理954．8．3用方程式分析結構相似964．8．4相似第二定理———π定理994．8．5彈性力學靜力學的相似關系1034．8．6需要說明的問題1054．8．7相似第三定理1064．8．8彈性結構中的相似性1064．8．9量綱分析與相似定理在巖石斷裂力學中的應用110第5章非線性斷裂力學1115．1引言1115．2巖石微裂紋的演化與成核1115．2．1熱缺陷與熱激活1115．2．2缺陷的塞積與微裂紋的成核1125．2．3微裂紋的演化導致成核的實驗觀測1145．2．4過程區(qū)1155．2．5微破裂成核理論1155．2．6巖石破裂成核的分形1175．3損傷理論介紹1175．3．1損傷變量1175．3．2細觀非均勻性的表征及其統(tǒng)計分布1195．3．3統(tǒng)計細觀損傷力學介紹1195．4內(nèi)聚力模型1205．4．1自相似內(nèi)聚帶———Ⅰ型裂紋1205．4．2非自相似內(nèi)聚帶模型———Ⅱ或Ⅲ型裂紋1215．5巖石的塑性1225．5．1塑性理論的基本概念1225．5．2Mises屈服條件1255．5．3Tresca屈服條件1265．6裂紋端部塑性區(qū)大小的估算1265．6．1塑性區(qū)尺寸的一級估算1265．6．2塑性區(qū)應力松弛的影響———塑性區(qū)尺寸的二級估算1285．6．3Irwin的等效裂紋修正1295．6．4帶狀屈服模型1305．7裂紋端部張開位移δ1315．7．1COD判據(jù)1315．7．2帕里斯位移公式1325．7．3無限遠處均勻應力σ產(chǎn)生的張開位移1345．7．4點力對引起的張開位移1355．7．5分布力引起的張開位移1355．7．6DGM模型的裂紋**張開位移1365．8裂紋擴展阻力R和亞臨界擴展1375．8．1微裂紋的亞臨界擴展1375．8．2在塑性條件下的斷裂準則1395．9J積分1415．9．1J積分的定義1415．9．2J積分的守恒性1425．9．3J積分與K及G的關系143第6章扁橢圓裂紋模式1476．1保角變換—曲線坐標中的復勢、應力和位移1476．2無限大平板中橢圓孔受均布作用力的問題1486．2．1橢圓坐標系1486．2．2無限大平板中橢圓孔受單向拉伸問題1496．2．3橢圓變成一條直裂紋的情形1516．2．4含橢圓孔的無限平板受雙向拉伸的問題1526．2．5含橢圓孔的無限平板受純剪應力的問題1526．2．6含橢圓孔的無限平板在橢圓孔內(nèi)部周邊上受均布壓力的問題1526．3受壓情況下的扁橢圓裂紋模型1536．3．1壓力下孔邊**張應力1536．3．2使孔邊**張應力為**的β值1566．3．3扁橢圓孔受壓閉合的條件1586．4扁橢圓裂紋模式的格里菲斯破壞準則1596．4．1二維扁橢圓裂紋模式的格里菲斯破壞準則1596．4．2裂紋表面間的摩擦效應與修正的格里菲斯破壞準則1606．4．3格里菲斯準則的默雷爾推廣1626．5用向圓保角變換方法解扁橢圓孔問題1646．5．1向圓保角變換方法的基本步驟1646．5．2平面上的克羅索夫公式及邊界條件的坐標變換1656．5．3孔口問題1676．5．4用向圓保角變換方法求解橢圓孔問題169第7章受壓裂紋周圍的應力場1747．1擾動應力、背景應力與**應力1747．1．1疊加原理的應用1747．1．2自由裂紋面的擾動應力函數(shù)1757．1．3非自由裂紋面的擾動應力1767．2含孔隙壓力的Ⅰ型裂紋1767．2．1含孔隙壓力的受壓Ⅰ型裂紋1767．2．2裂紋擾動應力場1777．2．3裂紋擾動位移場1797．2．4有孔隙壓力Ⅰ型裂紋的總應力1807．3受單軸壓的斜裂紋1817．3．1邊界條件1817．3．2受單軸壓(斜)Ⅱ型裂紋的擾動位移場1867．3．3受單軸壓Ⅱ型裂紋周圍的總(**)應力1877．4疊加單軸壓的Ⅲ型裂紋1897．4．1邊界條件1897．4．2Ⅲ型裂紋的擾動應力場1907．4．3受壓Ⅲ型裂紋的擾動位移場1917．4．4受壓Ⅲ型裂紋周圍的總應力場191第8章受壓裂紋擴展的實驗研究1938．1單軸壓力下裂紋擴展實驗原理1938．1．1實驗條件1938．1．2裂紋擴展的條件1958．2單軸壓力下裂紋或切口擴展實驗研究1968．2．1實驗的設計1968．2．2裂紋的預制1978．2．3受壓閉合裂紋的擴展特征1988．2．4受壓切口的擴展1998．2．5初始破裂的監(jiān)測1998．2．6破裂過程的穩(wěn)定性2008．2．7裂紋面相互作用的不均勻性2008．2．8摩擦系數(shù)f對抗脆斷能力的影響2018．2．9裂紋擴展起始的應力條件2028．2．10有機玻璃板中心裂紋在單軸壓力下的破裂2038．3用非自相似內(nèi)聚帶理論擬合翼狀破裂擴展途徑2048．3．1計算方法2048．3．2計算結果2068．4單軸壓力下的斷裂角實驗結果分析2078．5受單軸壓切口破裂實驗結果的分析2108．6高圍壓下的斷裂實驗2118．6．1實驗原理2118．6．2實驗技術與方法2138．6．3實驗結果2168．7差應力下巖石的體積膨脹2178．8含切口巖石的破裂過程可見光透視觀察2198．8．1大理石薄板可見光透視方法2198．8．2單一的中心穿透切口2208．9巖石破裂透視實驗結果的理論分析2228．10利用巴西圓盤試驗測定巖石的抗拉強度2238．10．1引言2238．10．2巴西圓盤內(nèi)各點應力解析解2248．10．3巴西圓盤內(nèi)部的應力狀態(tài)分布227第9章共線裂紋系的理論與實驗研究2299．1基本概念2299．2受拉共線斜裂紋問題的理論解2299．2．1基本解2299．2．2應力強度因子2329．2．3裂紋內(nèi)間距對裂紋之間相互關系的影響2339．3受壓共線斜裂紋問題的理論解2349．3．1基本解2349．3．2應力強