岩石动力学特性与爆破理论PDF电子书下载

1 静载下岩石的变形与强度 1

1．1 岩石中的应力 1

1．1．1 应力的定义 1

1．1．2 主应力及其主方向 2

1．1．3 应力不变量与应力偏量 4

1．1．4 应力分量应满足的平衡方程与相容方程 6

1．2 岩石中的位移与应变 7

1．2．1 位移与应变的关系 7

1．2．2 岩石中任一点的应变状态与主应变 7

1．2．3 主应变与应变不变量 9

1．2．4 应变偏量及其不变量 9

1．3 岩石的本构关系 10

1．3．1 单轴应力条件下岩石的应力应变关系及其特点 10

1．3．2 岩石变形的表示指标 12

1．3．3 三轴应力下岩石的变形特征 14

1．3．4 岩石的本构模型 15

1．4 弹性应力下岩石本构方程的一般理论 17

1．5 岩石的强度与强度准则 20

1．5．1 岩石的强度 20

1．5．2 加载条件对岩石强度的影响 21

1．5．3 强度准则 24

1．6 岩石力学中的损伤理论与分形方法 29

1．6．1 损伤及其表示 30

1．6．2 损伤的演化方程及损伤材料的本构方程 31

1．6．3 岩石中损伤的测量方法 32

1．6．4 岩石力学中的分形几何方法 34

2 固体中的应力波理论 38

2．1 应力波的基本概念 38

2．1．1 应力波的产生 38

2．1．2 应力波分类 39

2．1．3 应力波方程的求解方法 40

2．1．4 应力波理论的应用 42

2．2 无限介质中的弹性应力波方程 42

2．3 一维长杆中的应力波 44

2．3．1 描述运动的坐标系 44

2．3．2 一维应力波的基本假定 46

2．3．3 一维杆中纵波的控制方程 46

2．4 一维杆中应力波方程的特征线求解 48

2．4．1 特征线及特征线上的相容关系 48

2．4．2 半无限长杆中一维弹性应力波的特征线解 50

2．4．3 线弹性应力波 51

2．4．4 一维半无限长杆中弹性应力波的作图法求解 53

2．4．5 弹塑性应力波 54

2．5 一维弹性应力波的反射与透射 55

2．5．1 两弹性波的相互作用 55

2．5．2 弹性波在固定端和自由端的反射 57

2．5．3 不同介质界面上弹性波的反射与透射 58

2．6 弹性波斜入射时的反射与透射 62

2．6．1 弹性纵波在自由面上斜入射时的反射 62

2．6．2 弹性纵波在介质分界面斜入射时的反射与透射 64

2．7 应力波反射引起的破坏 65

3 岩石中的爆炸应力波 70

3．1 炸药爆炸传入岩石中的载荷 70

3．1．1 耦合装药时传人岩石中的爆炸载荷 70

3．1．2 不耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷 73

3．2 岩石中的应力波速度 74

3．2．1 应力波速度与岩石力学性质参数的关系 74

3．2．2 影响应力波速度的岩石性质参数 76

3．3 岩石中爆炸应力波的传播特征与衰减规律 80

3．3．1 冲击载荷作用下岩石变形规律与特征 81

3．3．2 岩石中爆炸应力波的衰减 82

3．3．3 岩石中平面应力波的衰减 84

3．4 应力波通过结构面的传播 85

3．4．1 应力波向结构面斜入射时的一般解 86

3．4．2 结构面两侧为相同岩石的应力波反、透射 88

3．4．3 结构面两侧岩石可自由滑动时的应力波透、反射 90

3．5 层状岩石中应力波的传播 90

3．5．1 等效波阻抗法 90

3．5．2 单频应力波通过岩石夹层的透射 93

3．5．3 三角形应力波通过夹层的透射 94

3．5．4 不同应力波形通过夹层的透射应力特征 96

3．6 顺岩石表面传播的应力波 97

3．6．1 瑞利表面波 97

3．6．2 勒夫表面波 100

3．6．3 纵波(膨胀波)沿边界的传播 101

3．6．4 平板中波的传播 102

4 岩石动力学实验技术 105

4．1 霍布金森压杆技术原理 105

4．2 霍布金森压杆测试系统 109

4．2．1 动力源 109

4．2．2 弹性压力杆 111

4．2．3 支撑架 111

4．2．4 测试分析仪表 111

4．3 霍布金森压杆技术在岩石动力学研究中的应用 115

4．3．1 花岗岩、大理岩的动态本构关系 115

4．3．2 大理岩、砂岩的动态本构关系 118

4．3．3 不同围压下砂岩的动态本构关系 119

4．3．4 岩石的动态断裂强度与应变率的关系 123

4．4 霍布金森压杆技术的改进 126

4．4．1 直锥变截面霍布金森压杆 126

4．4．2 分离式霍布金森压杆(SHPB)中的预留间隙法 127

4．4．3 不同撞击杆形状的SHPB测试系统 129

4．4．4 用于研究硬脆材料的SHPB 129

4．4．5 用于软材料的SHPB 131

4．5 霍布金森拉、扭杆及三轴霍布金森压杆 134

4．5．1 霍布金森拉杆 134

4，5．2 霍布金森扭杆 136

4．5．3 三轴应力霍布金森压杆 137

4．5．4 一种用于软材料动力学性质测量的三轴霍布金森压杆系统 138

4．6 泰勒圆柱测试技术与膨胀环测试技术 143

4．6．1 泰勒圆柱测试技术 143

4．6．2 膨胀环测试技术 145

5 岩石爆破理论及其数值计算模型 147

5．1 无限岩石中炸药的爆炸作用 147

5．1．1 岩石中柱状药包爆破产生的爆炸载荷 148

5．1．2 爆炸载荷作用下岩石的破坏准则 149

5．1．3 压碎圈与裂隙圈半径计算 150

5．2 临近自由面条件下炸药的爆炸作用 153

5．2．1 爆破漏斗的几何参数 154

5．2．2 形成标准抛掷爆破漏斗的条件 156

5．2．3 LivingstonC．W．的爆破漏斗理论 157

5．3 岩石爆破的弹性理论模型 159

5．3．1 G．Harries模型 160

5．3．2 R．R．Favreau模型 162

5．3．3 台阶爆破的三维模型 163

5．4 岩石爆破的断裂理论模型 166

5．4．1 BCM模型 166

5．4．2 NAG-FRAG模型 168

5．5 岩石爆破的损伤理论模型 171

5．5．1 K-G损伤模型 171

5．5．2 KUS损伤模型 173

5．5．3 YANG等人的模型 176

5．6 岩石爆破的分形损伤模型 178

5．6．1 损伤因子的分形表示 178

5．6．2 岩石爆破中裂纹分形的演化规律 179

5．6．3 岩石的动态本构关系表示 179

6 岩石周边控制爆破新方法 181

6．1 影响井巷周边爆破效果的因素与控制 181

6．1．1 影响井巷周边爆破效果的因素及分析 181

6．1．2 减少井巷超挖、提高爆破效果的措施 183

6．2 周边爆破参数设计的断裂力学方法 186

6．2．1 周边炮孔间贯通裂纹的形成机理 186

6．2．2 爆破参数的计算 189

6．2．3 周边孔最小抵抗线的计算 191

6．2．4 工程应用 192

6．2．5 技术要点 192

6．3 软弱岩石中的周边爆破理论 193

6．3．1 崩落孔爆破对光爆层岩石的损伤 194

6．3．2 损伤岩石的光爆参数及分析 196

6．3．3 定向断裂爆破技术 198

6．3．4 技术要点 199

6．4 岩石定向断裂控制爆破的参数设计 200

6．4．1 切缝药包岩石定向断裂爆破炮孔间贯通裂纹的形成机理 201

6．4．2 切缝药包岩石定向断裂爆破参数的计算 203

6．4．3 与光面(预裂)爆破的对比、分析和讨论 206

6．4．4 基本结论 207

6．5 周边控制爆破引起围岩的损伤 207

6．5．1 光面(预裂)爆破在围岩中造成的损伤场 208

6．5．2 岩石定向断裂爆破技术在降低围岩损伤方面的作用 210

6．5．3 周边爆破的技术设计 213

6．6 岩石周边爆破理论的分形分析 213

6．6．1 爆破形成的围岩壁面分形及其分形维 214

6．6．2 周边眼之间爆破裂纹的形成特征 215

6．6．3 周边控制爆破在围岩中引起的损伤 217

6．6．4 周边定向断裂控制爆破技术在保护围岩方面的分形分析 217

6．6．5 本节小结 219

参考文献 221