1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状及不足 2
1.2.1 岩石受载下的能量演化规律 2
1.2.2 岩石能量耗散及释放的微细观响应 6
1.2.3 岩石受载的能量耗散本构及灾变准则 7
1.2.4 研究不足 10
1.3 研究内容及方法 10
1.3.1 研究内容 10
1.3.2 研究方法与技术路线 11
1.4 主要创新点 11
2 岩石变形破坏过程中的能量转化作用 13
2.1 引言 13
2.2 岩石变形破坏过程中的能量种类 13
2.3 岩石变形破坏和能量转化之间的关系 17
2.3.1 岩石变形破坏中的能量转化 17
2.3.2 能量转化性质与岩石变形破坏方式的关系 19
2.4 岩石能量转化的微观机制及影响因素 24
2.4.1 弹性能积聚的微观机制 24
2.4.2 塑性能耗散的微观机制 25
2.4.3 断裂表面能耗散的微观机制 28
2.4.4 岩石能量转化的影响因素 28
2.5 小结 29
3 岩石变形破坏过程中的能量演化规律 31
3.1 引言 31
3.2 试验中的能量计算方法 31
3.3 单轴加载下岩石能量演化试验及分析 32
3.3.1 试验设备及方法 32
3.3.2 试验岩样 33
3.3.3 加载过程中能量演化规律 34
3.4 岩石能量演化的加载速率效应 39
3.4.1 试验概述 39
3.4.2 岩石能量演化规律的加载速率效应 39
3.4.3 讨论 42
3.5 岩石能量演化的围压效应 44
3.5.1 试验概述 44
3.5.2 岩石能量演化规律的围压效应 45
3.6 岩石能量演化的岩性效应 53
3.6.1 试验概述 53
3.6.2 岩石能量演化规律的岩性效应 54
3.7 岩石能量演化的水环境效应 58
3.7.1 试验概述 58
3.7.2 岩石能量演化规律的水环境效应 58
3.8 采动应力条件下岩石的能量演化分析 61
3.8.1 三种典型的采动应力路径 61
3.8.2 不同采动应力条件下的能量演化规律 64
3.8.3 采动条件下能量演化路径探讨 66
3.9 小结 66
4 岩石能量演化的非线性特性 69
4.1 引言 69
4.2 岩石能量演化的数学描述 69
4.3 岩石能量演化的稳定性分析 72
4.4 岩石能量的自我抑制演化模型 73
4.5 岩石能量演化的分叉和混沌特性 78
4.5.1 混沌理论与Logistic系统 78
4.5.2 分叉和混沌特性 80
4.5.3 岩石能量演化混沌特性在失稳灾害中的体现 82
4.6 小结 82
5 岩石能量演化的细观特征 84
5.1 引言 84
5.2 岩石能量演化特征指标 84
5.3 岩石能量特征与细观结构特征的关联 85
5.3.1 基本思路 86
5.3.2 基元平均强度的影响 86
5.3.3 基元分布均匀性的影响 89
5.3.4 细观特征尺度的影响 92
5.3.5 岩石细观特征对能量耗散行为的影响 95
5.4 岩石能量特征与裂隙特征的关联 97
5.4.1 微裂纹密度的影响 97
5.4.2 裂隙倾角的影响 99
5.4.3 裂隙数目的影响 102
5.4.4 裂隙间距的影响 104
5.4.5 裂隙对岩石能量特征的影响 107
5.5 岩石细观结构和裂隙分布影响能量特征的启示 108
5.6 岩石能量特征与破断面分形特征的关联 110
5.6.1 不同能量特征的岩样制备及试验设备 111
5.6.2 能量特征与破断面分形特征的关联 112
5.6.3 破断面特征形成机理的讨论 116
5.7 岩石能量特征与微破裂演化特征的关联 117
5.7.1 岩石能量特征与细观结构的关系 118
5.7.2 岩石微破裂演化与细观结构的关系 119
5.7.3 岩石能量特征与微破裂演化的关系 119
5.8 岩石能量特征决定微破裂演化的启示 125
5.9 小结 126
6 结论与展望 128
6.1 结论 128
6.2 展望 131
参考文献 132
变量注释表 148