岩石动力学基础与应用 [ROCK DYNAMICS FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李夕兵 著

图书标签:

• 岩石动力学
• 爆炸力学
• 工程岩石学
• 地质灾害
• 矿山工程
• 地震工程
• 冲击力学
• 数值模拟
• 岩石力学
• 爆炸工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030404251

版次：1

商品编码：11494446

包装：精装

外文名称：ROCK DYNAMICS FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS

开本：16开

出版时间：2014-06-01

用纸：胶版纸

页数：649

字数：962000

正文语种：中文

内容简介

　　为促进岩石动力学研究的进一步发展和深入，作者在原《岩石冲击动力学》的基础上，把近二十年来在岩石动力学基础研究方面的工作进行了总结，形成该书第二版——《岩石动力学基础与应用》。　　《岩石动力学基础与应用》共分15章，其中第1～4章系统介绍岩石动态试验装置与试验技术、岩石冲击试验合理加载波形与试验方法、合理加载波形反演设计与试验系统数值模拟、动静组合加载与温压耦合试验技术；第5～8章主要论述冲击载荷作用下的岩石力学特性、动静组合加载下的岩石破坏特征、岩石在应力波作用下的能量耗散及动静载荷耦合作用下岩石破碎规律；第9～11章着重论述应力波在不同边界结构面、含空区岩体及含石英类压电岩体中的传播；第12～15章主要论述高应力岩体的破裂特征与有效利用、深部硬岩岩爆的动力学解释与工程防护、岩体工程微震监测及应力波在岩土工程中的应用。　　《岩石动力学基础与应用》可供矿业、土木、石油、水电、建筑、地球物理及安全等领域的生产、科研与教学人员参考。

内页插图

目录

序第1章 岩石动态试验装置与试验技术1.1 岩石准动态试验装置1.1.1 快速加载试验机原理1.1.2 国内外研制的几种快速加载试验机1.1.3 中应变率段(10s-1)的岩石试验方法1.2 岩石动态压缩试验装置与试验技术1.2.1 霍普金森实验的沿革与发展1.2.2 霍普金森压杆装置试验原理1.2.3 岩样应力均匀化的简化分析1.2.4 电脑化数据采集处理系统原理与方法1.3 自行研制的岩石冲击加载试验系统1.3.1 压气驱动的水平冲击试验机1.3.2 氮气驱动的大直径冲击试验机1.3.3 动态试验测试系统1.3.4 信号与数据处理软件1.4 霍普金森压杆的变形装置1.4.1 三轴霍普金森压杆1.4.2 霍普金森拉杆1.4.3 霍普金森扭杆1.4.4 其他变形装置1.5 岩石类材料动态拉伸试验方法1.5.1 动态直接拉伸试验1.5.2 动态间接拉伸试验1.5.3 动态层裂试验1.6 岩石超动态试验装置简述1.6.1 几种不同类型的试验装置1.6.2 气体炮的工作原理1.6.3 平板撞击试验试件布置参考文献
第2章 岩石冲击试验合理加载波形与试验方法2.1 冲头撞击杆件产生的应力波形2.1.1 简单结构冲头产生的应力波形2.1.2 复杂冲头撞击杆件的电算方法2.2 矩形波波形弥散与岩石动态应力一应变曲线2.2.1 不同形状应力波在杆中传播的弥散效应2.2.2 矩形波加载的应力应变曲线2.2.3 不同加载波形下应力应变应变率关系2.3 岩石类材料动态试验的合理加载形式2.3.1 锥形冲头加载2.3.2 纺锤形冲头加载2.3.3 试样的恒应变率变形条件与试验验证2.4 岩石恒应变率动态本构关系获得的新方法2.4.1 SHPB试验数据的三维散点处理方法2.4.2 试验数据的三维散点结果的解释2.5 岩石动态测试的建议方法2.5.1 试验系统与参数2.5.2 岩石动态抗压强度测试2.5.3 动态巴西试验测试岩石抗拉强度2.5.4 T型动态断裂韧度测试参考文献
第3章 合理加载波形反演设计与试验系统数值模拟3.1 已知波形的冲头形状反演理论3.1.1 等截面圆柱冲头撞击弹性长杆产生的应力波3.1.2 阶梯状变截面冲头撞击弹性长杆时所产生的应力波3.1.3 连续变截面冲头撞击时所产生的应力波3.1.4 基于一维应力波理论的冲头形状反演设计3.2 半正弦波对应的冲头结构反演3.2.1 不同杆件尺寸的半正弦波冲头反演设计3.2.2 半正弦波加载下的岩石动态试验3.3 纺锤形冲头SHPB系统的应力波特性3.3.1 不同接触情况下杆中应力不均匀性分析3.3.2 纺锤形冲头偏心撞击下sHPB杆的动态响应3.4 纺锤形冲头岩石SHPB试验的校验3.4.1 纺锤形冲头冲击速率和入射应力的关系3.4.2 纺锤形冲头SHPB系统校正步骤3.5 半正弦波加载SHPB系统数值模拟3.5.1 纺锤形冲头sHPB数值模拟系统3.5.2 颗粒流SHPB动态数值模拟3.5.3 应变率效应的影响参考文献……第4章 动静组合加载与温压耦合试验技术第5章 冲击载荷作用下的岩石力学特性第6章 动静组合加载下的岩石破坏特征第7章 岩石在应力波作用下的能量耗散第8章 动静载荷耦合作用下岩石破碎特征第9章 应力波在不同边界结构面的传播第10章 应力波在含空区岩体中的传播第11章 应力波在含石英类压电岩体中的传播第12章 高应力岩体的扰动破裂特征与有效利用第13章 深部硬岩岩爆的动力学解释与工程防护第14章 矿山岩体工程微震监测第15章 应力波理论在岩土工程中的应用索引彩图

精彩书摘

　　4．2．2试验方法与操作过程　　该试验系统的工作过程为：岩石高温冲击实验开始之前，将本系统试样加热装置放于SHPB试验台上，将可调保温仓门沿调节滑道向上提起，用定位螺柱暂时固定；将试样放入加热腔中部，调节入射杆和透射杆的位置，使其与试样端部初步对齐；通过调节加热装置下部支架上的四个找平螺栓，达到试样与入射杆、透射杆的精确对齐和完好接触；松开定位螺柱，放下可调保温仓门，使其口部尽可能接近入射杆、透射杆顶部，但又不影响两个杆的来回自由移动，标记出此时可调保温仓门的高度；退出入射杆和透射杆，关闭可调保温仓门，通过热电耦出入孔插入热电耦，同时打开SHPB装置数据采集处理系统，设置好采集参数；接通电源，启动加热腔温度监测与控制仪(图4—16)，通过调节温度指示与控制盘、电压控制旋钮和电流控制旋钮，使加热温度达到预定值，恒温保持30min，使试样均匀受热；取出热电耦，迅速提起可调保温仓门到已有标记高度，快速滑动说射杆和透射杆，使其与试样紧密接触，移动吸收杆，使其与透射杆紧密对心接触；发射冲头，冲头撞击入射杆产生应力波，应力波传人试样，并通过透射杆传人吸收杆；数据采集处理系统通过应变片捕获入射杆和透射杆上的应力波信号，完成数据采集。　　该试验系统的主要优点在于：针对岩石冲击破裂过程中高速碎块的剧烈崩射特点，采用碳纤维增强合金筒作为加热腔的内壁，有效地防止了加热腔的击坏与击穿；通过在试样加热装置的支架上安装找平螺栓，实现了试样与入射杆、透射杆的精确对齐和完好接触；通过在加热腔两端安装可调保温仓门，避免了入射杆、透射杆在出入加热腔时热量的大量散失，保证了试样的恒温状态。　　4．3动静载荷耦合破碎岩石试验系统　　目前广泛应用于矿山开采的钻、采机械有凿岩机、电煤钻、潜孔钻机、牙轮钻机、全断面天井钻机、竖井钻机和截煤机、联合掘进机等。这些破岩机械分别采用不同的外加载荷形式。其中，凿岩机为冲击载荷型；电煤钻、截煤机和软岩(煤)联合掘进机属于静态轴向力+切向力型；潜孔钻和具有外回转转钎机构的凿岩机属于静压+冲击型，其静压作用比较小，主要靠冲击载荷的作用；牙轮钻和部分硬岩全断面钻(掘)机则可列人静压、冲击+切削力型，其冲击力相对较小，且是由刀具被动产生的。进一步分析国内外所研制的模拟试验装置，不难看出，这些装置只能进行单一的静态或动态加载，不能实现动静组合加载。围绕上述机械所做的各种破岩试验，不外乎是单一静态试验或动态试验，并且主要是围绕在单一压入或冲击载荷下的岩石破裂特征及其相应的最优加载参数上展开的。为了进行变参数条件下的静压+冲击一切削组合的破岩试验，我们研制和开发了多功能的岩石破碎试验台。　　4．3．1动、静载荷耦合破碎岩石试验原理　　试验时将刀具置于岩石表面，通过三个不同的加载装置分别对刀具施加垂直静载荷、冲击载荷和水平切削力，岩石因受竖向压力Fs、冲击力Ft和水平切削力Fc的共同作用而破碎(图4一17)。若垂直静压很小，只能使刀尖贴近试样表面，则试样只受垂直方向的冲击载荷和水平切削力的作用，此时破岩模式属于冲击一切削破碎；若垂直静压可变且不能忽略，则其破岩模式属于冲击+静压一切削破碎。　　……

前言/序言

　　1993年，博士刚毕业时，结合博士学位论文所做工作和国内外相关领域的研究成果，出版了第一本《岩石冲击动力学》著作。该书系统地总结了自己和当时国内外在岩体动态力学特性、试验技术及其应力波在岩体中的传播特征方面的研究工作。该书虽然获得了第九届中国图书奖(1995年)，但由于当时条件和经费等的限制，该书发行量很有限，致使后来很多同行和学生索要此书时，都未能如愿。因此，很多年前就有扩版该书的意愿。　　事实上，从1983年攻读硕士研究生师从赖海辉教授开始，我就从事与岩石动力学有关的理论与应用研究。硕士论文题目为“冲击载荷下的岩石能耗及破碎力学性质的研究”。当时，在国内很少有人采用霍普金森压杆(SHPB)装置进行岩石类材料的试验。为了建立和改进SHPB装置，我几次上北京，求教中国科学院力学研究所的寇绍全教授和北京科技大学的于亚伦教授，于先生曾于20世纪80年代初在日本北海道大学进修时从事过SHPB岩石性质的试验。寇绍全教授当时在中国科学院力学研究所主要用SHPB从事金属等材料的研究。为了获得精确的瞬态应力信号，我们自行研制了“瞬态信号放大器”和测速装置。几上北京、贵州等地购置激光器和维修记忆示波器，建成了30inm杆径的气动水平冲击试验机及其测试系统，并顺利完成了以岩石动力学特征和能耗特征为主的硕士论文。同时，以硕士论文的研究工作为基础，在《矿冶工程》发表了自己的第一篇学术论文。　　为了能继续利用SHPB装置从事岩石动力学方面的研究，我和导师赖海辉教授一起尝试申请国家自然科学基金。1988年，我手写的国家自然科学基金“矿岩破碎中的耗能规律和节能的研究”获得批准，继而为我继续从事这方面研究创造了条件。1989年，我师从古德生院士，攻读脱产的全日制博士研究生。博士论文题目为“矿岩中应力波的传输特征与能量耗散规律的研究”，结合国家自然科学基金项目，试图就不同应力波加载条件下的岩石能耗规律及其应力波在岩体中的传输特性展开深入研究。为此自行设计了能获得钟形波、矩形波和指数衰减波的冲击加载装置，利用改进的SHPB装置完成了不同岩石、不同波形加载条件下的岩石动力学特征和耗能效果的试验研究。为了改进试验条件和提高试验精度，先后耗时近两年的时间，通过自身的多方努力，建立了数字化的SHPB试验系统。众所周知：传统的SHPB装置的加载波都是等径冲击产生的矩形波，我在硕士时期的研究也不例外。但在1989年，当我研究不同加载波下的岩石吸能效果时，需要利用SHPB通过不同加载波对岩石加载，以获取不同的能量效果，在这一过程中，我们发现岩石在不同加载波形加载下获得的应力一应变一应变率关系是不同的。在人们习惯于对试验曲线光滑化处理时，我们发现矩形波加载岩石获得的未经光滑化处理的试验曲线存在很大的振荡，而钟形波曲线光滑平整，同时应变率随时间变化也很稳定。　　……

岩石动力学基础与应用 [ROCK DYNAMICS FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS] 图书内容简介 本书深入探讨了岩石材料在动态荷载作用下的力学行为、本构关系、波传播规律及其在工程实践中的具体应用。全书结构严谨，理论与实践相结合，旨在为岩土工程、采矿工程、地质灾害评估以及土木工程等领域的科研人员、工程师和高年级学生提供一本全面且实用的参考书。 第一部分：岩石动力学基础理论 本部分重点阐述了岩石动力学的基本概念、研究方法和理论框架。 第一章：岩石动力学概述与研究背景 本章首先界定了岩石动力学的研究范畴，区分了静态力学与动态力学在岩石行为上的差异。详细介绍了岩石动力学在现代工程中的重要性，特别是在地震工程、爆炸工程和高速冲击载荷环境下的必要性。内容涵盖了岩石动力学的发展历程、关键科学问题以及多尺度研究的挑战。 第二章：岩石材料的动态本构关系 深入剖析了岩石在快速加载条件下的应力-应变关系。详细讨论了粘弹性、粘塑性和粘弹塑性模型在描述岩石动态响应中的适用性。重点讲解了高应变率下的材料特性变化，包括应变率效应、强度峰值和残余强度。引入了基于经验模型和微观机制模型的动态本构方程，并探讨了如何通过实验数据校准这些模型参数。 第三章：岩石中的波传播理论 本章聚焦于应力波在岩石介质中的传播、反射、折射和衰减规律。系统阐述了一维、二维和三维应力波在均匀和非均匀岩石体中的传播机制。详细分析了P波（纵波）、S波（横波）和表面波的产生条件、速度特征及能量耗散机制。内容包括波在界面处的边界条件处理、波的散射理论以及波在裂隙岩体中的有效介质理论。 第四章：岩石动力学实验技术与测试方法 本章全面介绍了用于获取岩石动态力学参数的先进实验技术。详细描述了霍普金森杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）技术在岩石高应变率测试中的应用原理、装置设计和数据处理方法。此外，还涵盖了动态三轴压缩试验、冲击试验、爆炸试验的现场测试技术，以及用于测量波速和衰减的超声波和地震学监测方法。 第二部分：裂隙岩体与复杂介质动力学 本部分将理论扩展到更接近实际工程的复杂介质，特别是考虑裂隙、节理和孔隙对动力响应的影响。 第五章：裂隙岩体的动力学响应 详细分析了裂隙（如节理、层理面）对岩石动力响应的显著影响。讨论了裂隙对波传播速度、波形和能量衰减的调控作用。重点研究了裂隙面的接触力学、摩擦特性及其在动态载荷下的演化。引入了基于离散元方法（DEM）和扩展有限元方法（XFEM）模拟裂隙扩展和动态滑移的数值模型。 第六章：动态损伤与破坏模式 本章探讨了岩石在动态载荷下从弹性变形到最终失稳的损伤演化过程。提出了基于能量耗散、微裂纹密度和声发射监测的动态损伤本构模型。区分并分析了岩石在不同加载速率下的破坏模式，如脆性断裂、准脆性破坏和塑性流动，并结合断口形态学进行了讨论。 第七章：岩石的动态疲劳与蠕变 研究了岩石材料在循环或交变动态应力作用下的长期性能退化——动态疲劳。建立了描述岩石寿命与应力水平、加载频率关系的疲劳模型。同时，探讨了岩石在高温或持续中低应力作用下的动态蠕变行为，分析了蠕变对岩石动态稳定性的长期影响。 第三部分：岩石动力学在工程中的应用 本部分将前述理论和实验结果应用于实际工程问题，提供解决方案和设计指导。 第八章：地震工程与结构抗震 讨论了地震荷载对地下工程结构（如隧道、洞室、核废料库）稳定性的影响。应用岩石动力学原理分析了地震波在基岩中的传播特性，并评估了地震作用下围岩的动力响应和失稳风险。介绍了基于动力分析的工程抗震设计方法和减隔震技术在岩石结构中的应用潜力。 第九章：爆破工程与岩石破碎动力学 深入分析了爆破过程中产生的应力波与岩石的相互作用，这是岩石动力学最直接的应用领域之一。讲解了爆炸室内压力曲线的形成、应力波的传播、岩石的动态拉伸破坏以及破碎机理。内容包括优化爆破参数（如装药量、孔内结构）以提高破碎效率和控制环境振动的方法。 第十章：冲击和高速穿透问题 本章处理了高速撞击、落石冲击、弹丸穿透等极端动力学问题。研究了岩石在超高应变率（$10^2$ 到 $10^5 ext{ s}^{-1}$）下的材料反应和穿透机制。应用弹塑性动力学理论计算侵彻深度、能量吸收效率以及靶岩的动态抗力，为防护工程和工程爆破安全提供理论支撑。 第十一章：边坡与深层开挖体的动力稳定性评估 将岩石动力学应用于边坡工程的灾害评估。分析了滑坡、崩塌等灾害事件中，动力因素（如地震、爆破振动）作为触发机制的作用。提出了基于动力学参数的边坡（或地下结构）动态稳定性判据，指导了动态环境下的岩石工程设计和监测预警。 本书的特点在于其内容的系统性、理论的深度和应用的广度，力求使读者不仅理解岩石在动态载荷下的“为什么”发生变化，更能掌握如何利用这些知识解决实际工程中的复杂问题。

评分☆☆☆☆☆

我最近阅读了《岩石动力学基础与应用》，这本书的学术严谨性和内容的深度给我留下了深刻的印象。虽然我不是直接的岩石力学专业人士，但对地下工程的建设和维护有着浓厚的兴趣。书中对岩石动力学的数学模型和理论基础的阐述，虽然初读时会觉得有些艰深，但随着内容的深入，我逐渐体会到其构建的理论框架的精妙之处。书中关于应力波在岩石中的传播速度、频率和衰减规律的分析，对于理解地震波在地下的传播特点，以及如何评估地下结构在地震作用下的响应，提供了重要的理论依据。此外，书中关于岩石在高应变率下的力学行为，包括其强度、刚度和韧性的变化，以及可能出现的动力脆性破坏模式，都让我对岩石在极端动力条件下的表现有了全新的认识。这本书就像一座桥梁，连接了抽象的物理学原理和复杂的工程实践，让我得以窥见岩石动力学在解决实际工程问题中的巨大潜力。对于任何对地下工程稳定性、自然灾害（如地震、滑雪崩）对地质体影响，以及与岩石动力学相关的工程领域感兴趣的人来说，这本书都是一本不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

我最近偶然翻阅了这本《岩石动力学基础与应用》，虽然我并非岩石力学领域的专家，但其严谨的学术风格和清晰的逻辑阐述，即便对我这样的门外汉来说，也展现出了相当的吸引力。书中对于岩石在各种动力载荷作用下行为的深入剖析，从微观的晶格变形到宏观的断裂失稳，都进行了细致的描绘。我尤其对其中关于冲击波传播模型和岩体动力响应模拟的部分印象深刻。作者通过引入大量的数学公式和物理模型，构建了一个相对完整的理论框架，来解释诸如地震、爆炸等瞬间作用力对岩体结构可能产生的复杂影响。虽然有些章节涉及到高等数学和数值分析，我可能无法完全消化其中的每一个细节，但整体而言，这本书为我打开了一个全新的视角，让我得以窥见岩石这种看似坚硬、静态的物质，在动态环境下所蕴含的巨大能量和潜在的破坏力。它让我开始思考，当我们评价一座大坝的稳定性，或者评估一个矿井开采的安全系数时，仅仅考虑静载荷是否足够，而忽略了潜在的动力扰动，是否会带来意想不到的风险。这本书的出版，无疑为我这样的跨领域学习者提供了一个宝贵的学习资源，让我能够站在巨人的肩膀上，去探索岩石动力学这个迷人而重要的研究领域。

评分☆☆☆☆☆

阅读《岩石动力学基础与应用》这本书，最大的感受就是其内容的系统性和前瞻性。作为一名研究地震工程的研究人员，我一直对岩石在地震作用下的动力响应非常感兴趣。这本书恰好弥补了我在这方面的一些知识空白。书中关于岩石动力学基本原理的阐述，包括应力波的产生、传播和衰减机制，以及不同岩性在动力荷载下的变形和破坏模式，都给予了我深刻的启示。我尤其欣赏书中对数值模拟方法的介绍，例如有限元法在模拟岩石动力行为中的应用。通过具体的算例，展示了如何利用这些方法来预测岩石在极端动力事件中的表现，这对于我们进行地震风险评估和工程结构抗震设计具有直接的指导意义。此外，书中还涉及了一些前沿的研究方向，比如颗粒流模拟和基于损伤力学的动力学分析，这些都是当前岩石动力学领域的热点问题，作者的讲解让我对这些领域有了更清晰的认识。虽然有些内容我需要花费更多时间去理解和消化，但这本书无疑为我提供了宝贵的理论基础和研究思路，让我能够更深入地探索岩石动力学在地震工程领域的应用。

评分☆☆☆☆☆

这本书《岩石动力学基础与应用》以一种非常详实和深入的方式，探讨了岩石在不同动力条件下的行为。作为一名曾经参与过采矿工程设计的人员，我深知岩石在开挖、爆破以及地应力释放等过程中所承受的动态载荷是多么关键。书中关于弹塑性动力学理论的介绍，以及如何将其应用于描述岩石在瞬时高应力作用下的变形和破坏过程，让我对“采矿地震”和“动力失稳”等现象有了更科学的理解。我尤其对书中关于能量耗散和岩石损伤演化的讨论很感兴趣。理解岩石在循环加载或冲击作用下能量的吸收和释放机制，对于设计更安全的爆破方案、预测采矿诱发地震的风险，乃至评估地下空间开发的长期稳定性，都至关重要。书中通过图表和模型，清晰地展示了这些复杂的力学过程，这对于我理解在实际工程中遇到的诸多动力学问题，提供了强有力的理论支持。即使我不再直接从事采矿工程，这本书依然是我回顾和深化对岩石动力行为认识的宝贵资料。

评分☆☆☆☆☆

拿到《岩石动力学基础与应用》这本书，说实话，我一开始是被它颇具学术性的封面和目录所吸引。我本人是做工程地质勘察工作的，日常接触到的更多是岩石的物理力学性质、结构面特征以及一些常规的稳定性分析。这本书从“基础”和“应用”两个角度切入，让我看到了理论研究如何与实际工程紧密结合。我特别关注了书中关于岩石疲劳破坏和应力波在多孔介质中传播的章节。在一些长期受载的工程项目，比如隧道、边坡等，岩石的疲劳累积效应确实不容忽视，但现有的分析方法往往比较粗糙。这本书对此的深入探讨，提出了一些新的理论模型和计算方法，这对我日常工作中如何更准确地评估工程结构的长期安全性，提供了很有价值的参考。另外，关于应力波在岩石中传播的模拟，虽然我平时接触的比较少，但书中给出的实例，比如爆破应力波的衰减规律和对周围岩体的动力影响，让我联想到了一些在山区进行爆破施工时遇到的复杂情况，书中对此的解释，似乎能为理解和优化爆破参数提供一些理论依据。总的来说，这本书的内容相当充实，对于我这样希望在实际工程经验之外，进一步提升理论认知和分析能力的工程师来说，是一本值得深入研读的参考书。

评分☆☆☆☆☆

岩石动力学基础与应用good

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一般，书挺好的。。。

评分☆☆☆☆☆

值得购买的专业书籍，充实知识量，很好很强大，学习中！

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一般，书挺好的。。。

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书很不错，得有一阵子有事干了。

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可以～～～～～～～～

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