岩石物理与本构理论 [Rock Physics And Constitutive Theory] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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席道瑛，徐松林 著

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• 岩石物理
• 本构理论
• 地质力学
• 物理学
• 材料力学
• 岩石力学
• 地球物理学
• 工程地质
• 固体物理
• 弹性力学

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312036910

版次：1

商品编码：11913394

包装：平装

丛书名： 中国科学技术大学精品教材

外文名称：Rock Physics And Constitutive Theory

开本：16开

出版时间：2016-04-01

用纸：胶版纸

页数：687

字数：107100

内容简介

　　《岩石物理与本构理论》围绕多孔岩土材料本构理论的建立，较全面地讲述了多孔岩土材料的实验现象和相关本构理论。全书共11章，内容主要包括：实验室和野外实验，非线性弹性理论，经典弹塑性理论及其发展，多孔岩土材料的弹塑性本构，内变量理论，多孔岩土材料的动态响应及本构描述，颗粒材料的数值方法，以及相关工程应用。
　　《岩石物理与本构理论》包含了国内外新的研究成果，具有较强的前沿性；在内容的组织上注重追本溯源，具有较强的基础性。《岩石物理与本构理论》可供地球科学、岩土工程、环境、水利、矿山等领域的高等院校和科研单位研究人员参考，也可作为相关专业研究生的教材。

目录

总序
前言
绪论
0．1 发展多孔岩土材料本构理论的重要性和迫切性
0．2 与其他学科的关系
0．3 发展历史及研究动向

第1章 岩土本构理论相关基础
1．1 应变与应变张量
1．2 应力张量与运动方程
1．3 偏应力张量与偏应变张量
1．4 主应力空间与π平面
1．5 一般力学分析体系
1．6 本构关系的一般理论
参考文献

第2章 多孔岩土材料的实验研究
2．1 岩石的典型实验及相关讨论
2．1．1 加载路径与岩石力学实验
2．1．2 单轴压缩的控制条件及Ⅱ型全过程线的获得
2．1．3 Ⅱ型全过程线的存在性与岩石材料的结构性
2．1．4 等围压三轴压缩实验与岩石强度准则
2．2 多孔岩土介质的结构特性实验研究
2．2．1 扫描电子显微镜（SEM）镜下观察
2．2．2 CT扫描技术
2．2．3 压汞法与孔隙度测定谱
2．3 高孔隙度岩石局部变形带的野外证据和实验研究
2．3．1 高孔隙度岩石局部变形带的野外证据
2．3．2 高孔隙度岩石压缩带实验研究结果
2 3．3 高孔隙度岩石中的孔洞崩塌
2．3 4高孔隙度岩石中压缩带的传播
2．4 土体中的压缩实验
2．4．1 侧限压缩实验
2．4．2 土体中的常规三轴压缩实验（σ1≥σ2=σ3）
2．5 小结
参考文献

第3章 岩土材料非线性弹性本构模型
3．1 一般弹性
3．2 非线性弹性分析方法
3．3 岩土介质中典型非线性弹性分析
3 3．1 E-v弹性模型（双曲线模型）
3．3．2 K-G弹性模型
3．3．3 非线性的变弹性体模型
3．3．4 变模量模型
3．4 双曲线模型用于岩土材料的非线性弹性分析
3．4．1 双曲线模型用于饱和砂土
3．4．2 双曲线模型用于岩土体的各向异性研究
参考文献

第4章 岩土材料塑性模型
4．1 流动法则与增量型本构关系
4．1．1 塑性应变增量
4．1．2 流动法则
4．1．3 屈服面与硬化模型
4．1．4 增量型本构描述
4．2 加、卸载条件
4．3 常用屈服面模型
4．3．1 Tresca屈服面
4．3．2 Mises屈服面
4．3．3 Mohr-Coulomb屈服面
4．3．4 Drucker-Prager屈服面
4．3．5 Hoek-Brown屈服面
4．4 岩土介质中的帽盖模型
4．4．1 剑桥模型
4．4．2 K-W模型
4．4．3 L-D模型
4．4．4 Rowe剪胀模型
4．4．5 几个帽盖模型实例

第5章 多孔岩土材料塑性理论及其应用
第6章 岩土材料内变量理论
第8章 脆性材料动力学特性研究
第9章 多孔材料动力学模型研究
第10章 岩土材料连续和离散模型模拟分析
第11章 岩土本构模型的工程应用

前言/序言

岩石物理与本构理论：深度探索地球物质的力学行为 本书旨在为地质学、地球物理学、石油工程、土木工程以及材料科学等领域的科研人员、工程师和研究生提供一本全面而深入的岩石力学行为解析。它不仅仅是一本教科书，更是一套系统性的理论框架，用以理解岩石在各种应力、应变、温度和流体环境下的响应。我们将从微观的晶体结构和孔隙特征出发，逐步构建宏观的力学模型，揭示岩石作为一种复杂、非均质且各向异性材料所展现出的丰富而精妙的物理现象。 第一部分：岩石的微观结构与物理性质 在深入探讨岩石的力学行为之前，建立对岩石微观层面的深刻认识至关重要。本部分将聚焦于岩石的物质组成、结构特征以及这些因素如何直接影响其宏观的物理和力学性质。 岩石矿物组成与晶体结构： 岩石的力学行为很大程度上取决于其构成矿物的种类、含量和排列方式。我们将详细介绍常见的造岩矿物，如石英、长石、云母、方解石、黏土矿物等的晶体结构特性，包括其弹性常数、脆性/韧性特征、滑移系统以及在变形过程中的微观变形机制（如位错滑移、孪晶、解理等）。理解这些微观机制，是解释宏观力学现象的基础。 孔隙、裂缝与岩石微观结构： 岩石中的孔隙和裂缝系统是影响其渗透性、压缩性和变形行为的关键因素。我们将深入分析孔隙的形状、大小、连通性以及裂缝的密度、长度、走向和开放程度。这些微观特征如何影响应力集中，进而影响岩石的宏观强度和变形模量，将是本部分讨论的重点。例如，不同孔隙形状（球形、扁豆形、不规则形）对弹性模量的影响，以及裂缝的尖端应力集中效应。 岩石的物性参数测量与解释： 本部分还将介绍用于表征岩石物理性质的常用实验技术，如显微成像（光学显微镜、扫描电子显微镜）、X射线衍射（XRD）、孔隙度测量、渗透率测量等。讨论这些实验数据如何用于推断岩石的微观结构，以及不同参数之间的相互关联性。例如，如何通过显微图像定量分析孔隙度、形状和连通性，并将其与测得的弹性模量进行关联。 应力应变关系的基础： 在引入复杂的本构模型之前，我们将回顾线弹性理论的基本概念，包括胡克定律、弹性模量、泊松比、剪切模量、体积模量等。重点阐述岩石在小应变范围内的弹性响应，并讨论各向同性与各向异性岩石的弹性行为差异。这将为后续的非线性本构模型打下基础。 第二部分：岩石的宏观力学行为与实验表征 了解岩石在不同加载条件下的宏观表现是构建本构理论的关键。本部分将集中于岩石的应力-应变响应，从弹性变形到塑性变形，再到断裂失效。 单轴与三轴压缩试验： 这是研究岩石力学性质的最基本试验。我们将详细分析单轴压缩试验中岩石的应力-应变曲线，包括弹性阶段、屈服点、强化阶段和断裂阶段。重点阐述三轴压缩试验如何模拟地下真实的应力状态，并分析围压对岩石强度和变形特性的影响。讨论岩石的峰值强度、残余强度以及剪胀/剪缩现象。 拉伸试验与巴西劈裂试验： 介绍岩石抗拉强度以及在拉伸载荷下的变形行为。巴西劈裂试验作为一种间接测量岩石抗拉强度的方法，其原理和应用范围也将被深入探讨。 蠕变与应力松弛： 岩石在长时间恒定载荷下的缓慢变形（蠕变）和在恒定应变下的应力下降（应力松弛）是其重要的黏弹性或黏塑性特征。我们将分析蠕变曲线的各个阶段（瞬时弹性、瞬时塑性、稳定蠕变、加速蠕变），并讨论温度、围压和孔隙流体对蠕变行为的影响。 疲劳与循环加载： 在实际工程应用中，岩石常常承受反复的加载和卸载。本部分将探讨岩石的疲劳寿命、损伤累积机制以及循环加载对岩石强度和刚度的影响。 岩石的失效机制： 从微观的孔隙扩展、裂缝萌生与扩展，到宏观的剪切断裂、拉伸断裂，我们将系统梳理岩石在不同应力状态下的主要失效模式。 第三部分：岩石本构理论的发展与应用 本部分是本书的核心，将系统介绍描述岩石非线性力学行为的各类本构模型，并探讨其在不同工程领域的应用。 弹塑性本构模型： 屈服准则： 介绍描述岩石进入塑性变形的边界的各种屈服准则，如莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）准则、德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）准则、李鸿儒（Lihongru）准则等。详细阐述这些准则的物理意义、适用条件以及参数的确定方法。 流动法则： 讲解描述塑性应变增量方向的流动法则，包括关联流动法则和非关联流动法则。讨论它们对岩石体积变化和剪切变形行为的描述能力。 强化/软化模型： 介绍描述岩石在塑性变形过程中强度和刚度变化的强化（如应变硬化）和软化（如应变软化、损伤软化）模型。重点分析岩石的应变软化行为，这在断裂力学中至关重要。 埋藏砂岩模型与胶结砂岩模型： 针对不同类型的沉积岩，介绍其独特的弹塑性行为，如压实、胶结强度破坏等。 损伤力学模型： 损伤变量的定义与演化： 引入损伤变量的概念，用于表征岩石内部微裂纹和孔隙的扩展对整体力学性能的影响。 基于损伤的本构方程： 建立损伤变量与应力、应变以及材料参数之间的关系，从而描述岩石在加载过程中的刚度退化和强度下降。 岩石的损伤演化与宏观力学响应的关联： 解释损伤演化如何导致岩石的非线性行为，并最终导致失效。 黏弹性与黏塑性本构模型： Kelvin-Voigt模型、Maxwell模型及其组合模型： 介绍描述黏弹性行为的经典模型，以及如何将其应用于描述岩石的蠕变和应力松弛现象。 基于流变单元的黏塑性模型： 结合屈服准则和黏性流动单元，建立描述岩石在高温高压下表现出的黏塑性行为的模型，例如，引入指数型黏性流动。 多尺度本构模型： 从微观到宏观的尺度推演： 探讨如何利用微观力学（如有限元模拟）的结果来构建宏观的本构模型，以及如何通过平均化方法处理非均质性。 数值模拟方法（如离散元法、有限元法）： 介绍这些数值方法在模拟岩石复杂力学行为和失效过程中的应用，以及如何与本构模型相结合。 岩石本构理论在工程中的应用： 油气储层力学： 探讨本构理论在预测油气井井筒稳定性、储层变形、压裂诱导应力变化以及二氧化碳封存中的应用。 地下工程： 分析隧道、地下洞室、坝基等工程的稳定性分析，岩土边坡的稳定性评估，以及深层钻孔的力学行为。 地热开采： 研究地热井的长期稳定性，岩石在高温高压及流体作用下的变形与破裂。 碳捕获与封存（CCS）： 评估封存介质岩石在注入CO2过程中的力学响应，预测可能的泄漏风险。 地球物理反演： 利用岩石力学模型反演地下介质的物性参数，辅助地质构造解释。 第四部分：影响岩石力学行为的因素 除了基本的应力应变关系，许多环境因素也会显著影响岩石的力学行为。本部分将重点讨论这些外部因素。 孔隙流体压力： 详述孔隙流体压力（有效应力原理）对岩石强度的影响，包括降低抗剪强度和增加压缩性。讨论不同流体类型（水、油、气）对岩石力学行为的潜在影响。 温度效应： 分析温度升高对岩石矿物相变、黏性流动、强度以及弹性模量的影响。在高温环境下，岩石可能表现出更显著的黏性行为和强度降低。 岩石的损伤与劣化： 讨论外部因素（如水-岩反应、冻融循环、加载速率）如何导致岩石的宏观或微观损伤，并最终劣化其力学性能。 加载速率效应： 探讨不同加载速率下岩石的应力-应变响应差异，以及其背后的物理机制（如黏性阻尼、孔隙流体扩散）。 总结与展望 本书在对岩石微观结构、宏观力学行为进行深入剖析的基础上，系统性地梳理了当前主流的岩石本构理论，并展望了未来研究的方向，包括但不限于：更加精细化的微观力学模拟、多物理场耦合的本构模型（如热-力-化耦合）、人工智能在岩石力学参数预测与本构模型构建中的应用，以及对岩石在极端环境（如高压、高温、特殊流体）下力学行为的深入研究。 本书力求理论与实践相结合，为读者提供理解和预测岩石在复杂地下环境中行为的强大工具，从而更好地服务于地球科学研究和各类工程实践。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字，一开始让我以为是那种枯燥乏味的教科书，但仔细品味之后，我发现它蕴含着一种别样的魅力。我脑海中浮现的，是一系列充满视觉冲击力的岩石样本图片，从细腻的砂岩到粗犷的玄武岩，每一种岩石都拥有自己独特的“性格”。我想象着作者会如何细致地描绘这些不同岩石的微观结构，比如晶粒的大小、形状、排列方式，以及孔隙和裂缝的存在，这些微观的差异如何最终影响到它们宏观的物理表现。而“本构理论”这个部分，我猜测会是一场关于数学模型与真实世界碰撞的盛宴。我期待看到作者如何巧妙地运用各种数学工具，将岩石的非线性、各向异性甚至损伤演化等复杂行为一一纳入模型之中。是不是会有关于岩石在不同应力路径下的变形曲线图？是不是会讲解如何通过实验数据来校准和验证这些模型？我很好奇，书中是否会触及到纳米尺度上的岩石物理现象，比如在纳米孔隙中流体的行为，这在页岩气和页岩油勘探开发中越来越重要。这本书，在我心中，已经变成了一扇通往岩石内心世界的窗口，让我渴望去探索那些看不见的、却又至关重要的力学规律。

评分☆☆☆☆☆

单看《岩石物理与本构理论》这个书名，就让人感觉这股学术风扑面而来。我设想，这本书里应该充满了严谨的推导和精确的公式，如同精密的仪器一样，旨在量化和描述那些肉眼难以察觉的物理过程。我会期待它能详细阐述岩石在不同介质环境下的物理特性，比如它在水饱和、油饱和、气饱和状态下的表现差异，以及这些差异如何影响其声学、力学甚至电学性质。而“本构理论”部分，我猜想会是本书的重头戏，它应该会系统性地介绍各种描述岩石变形和破坏行为的力学模型，从经典的线弹性模型到更复杂的弹塑性、黏塑性模型，甚至可能涉及到损伤力学和断裂力学在岩石研究中的应用。我脑海里已经勾勒出，作者是如何一步步构建起这些理论框架，又是如何通过实验数据来验证和完善这些模型的。书中是否会包含一些关于数值模拟的介绍，比如如何利用有限元方法或者离散元方法来模拟岩石在复杂载荷下的响应？这对于理解大规模地质工程项目，如隧道开挖、边坡稳定或者地下水库的建设，至关重要。这本书，在我看来，就是一把解锁岩石力学奥秘的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，听起来就充满了科学探索的智慧光芒。我脑海里浮现的，是地质学家和工程师们在实验室里，一丝不苟地测量着岩石样品在各种严苛条件下的物理参数。我期待书中能够深入剖析岩石的弹性、塑性、黏性以及它们随时间、温度、压力变化的规律，这些都是理解地球内部动力学过程的关键。尤其“本构理论”这部分，我设想它将是一个理论构建与实践应用并重的章节。作者会不会引用大量的实验数据来佐证理论的有效性？会不会讲解如何根据岩石的成分、结构和赋存环境，选择最恰当的本构模型来描述其力学行为？我迫不及待地想看到，书中是如何将抽象的数学语言转化为生动的地质现象的解释，例如，地层在构造运动中的变形、地震波在地下的传播规律，亦或是油气藏在开采过程中储层压实和变形的机理。这本书，在我眼中，仿佛是一个关于岩石“内心世界”的深度访谈，让我有机会去洞察那些支配它们行为的深层法则。

评分☆☆☆☆☆

《岩石物理与本构理论》这个名字，首先给人一种扎实、专业的印象。我联想到的是那些关于岩石内在物理属性的精妙描述，比如它的孔隙度、渗透率，以及这些属性如何随着深度、温度、压力的变化而演变。而“本构理论”这几个字，更是激发了我对岩石在受力条件下变形和破坏机制的强烈好奇。我想象着书中会详细讲解各种描述岩石力学行为的数学模型，从简单的弹性变形到复杂的塑性流动，再到更深层次的损伤和断裂过程。我期待看到作者是如何将这些理论模型与真实的岩石行为相结合，是否会有具体的案例分析，比如如何利用这些理论来预测地震的发生，或者评估地下工程的稳定性？本书在我看来，就像一本关于地球“骨骼”的科学指南，它不仅能帮助我理解岩石的物理特性，更能让我洞察它们在各种地质力学过程中的“行为模式”。我非常好奇，书中是否会涉及一些关于岩石非线性力学行为的研究，这在处理复杂地质构造时尤其重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字就透着一股硬核劲儿，让人一下子就联想到那些堆砌着厚重知识的学术专著。我刚拿到的时候，就觉得这封面设计得挺有分量的，那种沉甸甸的质感，仿佛预示着里面藏着的是地质科学领域最精髓的理论和最前沿的探索。我脑子里已经开始构思，这本书大概会深入浅出地讲解岩石在不同应力、温度、孔隙压力等条件下的物理性质变化，比如弹性模量、泊松比、剪切模量等等，这些都是理解地下介质行为的基础。我猜想，它还会详细阐述各种本构模型，像是弹塑性模型、黏弹性模型，甚至是更复杂的损伤力学模型，如何描述岩石在复杂应力状态下的变形和破坏过程。尤其是“本构理论”这几个字，听起来就充满了数学公式和物理原理的严谨推导，让人跃跃欲试，想看看作者是如何将抽象的力学概念具象化，并与真实的岩石行为联系起来的。我非常期待书中能有很多经典的案例分析，比如地震波在地层中的传播、页岩气开采中的储层响应、或者地热资源的开发等等，这些实际应用场景能帮助我更好地理解那些理论的意义和价值。总而言之，这本书在我看来，绝对是为地质、地球物理、石油工程等领域的专业人士量身打造的，能够系统性地构建起对岩石力学行为的深刻认知。