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1 绪论1

1.1 引言1

1.2 岩体动态、静态力学特性试验研究进展及评述4

1.2.1 岩体静态力学特性的试验研究进展4

1.2.2 岩体动态力学特性的试验研究进展12

1.2.3 研究评述16

1.3 岩体动态、静态损伤本构模型研究进展及评述16

1.3.1 岩体静态损伤本构模型研究进展17

1.3.2 岩体动态损伤本构模型研究进展及评述23

1.3.3 研究评述30

1.4 岩体动态、静态损伤数值计算研究进展及评述31

1.4.1 岩体静态损伤数值计算研究进展31

1.4.2 岩体动态损伤数值计算研究进展32

1.4.3 研究评述32

1.5 本书的主要内容33

2 节理岩体力学特性的试验研究35

2.1 引言35

2.2 节理岩体静态单轴压缩试验36

2.2.1 试验概况36

2.2.2 试验结果及分析38

2.2.3 试验结论47

2.3 同时考虑宏观、细观缺陷的节理岩体静态单轴压缩试验48

2.3.1 试验概况48

2.3.2 试验结果及分析49

2.3.3 试验结论52

2.4 节理岩体动态SHPB试验53

2.4.1 试验概况53

2.4.2 试验结果及分析55

2.4.3 试验结论64

2.5 石灰岩节理试件动态SHPB试验65

2.5.1 试验概况65

2.5.2 试验结果及分析67

2.5.3 试验结论76

2.6 节理岩体动态摆锤式冲击试验77

2.6.1 摆锤式冲击试验原理及试验方案77

2.6.2 试验结果及分析78

2.6.3 试验结论82

3 基于统计损伤模型的贯通节理岩体损伤本构模型83

3.1 引言83

3.2 岩石损伤统计本构模型84

3.2.1 岩石微元强度准则86

3.2.2 岩石微元强度随机分布函数及相应的损伤模型87

3.3 节理岩体损伤介质力学模型90

3.3.1 损伤张量的定义90

3.3.2 损伤演化方程93

3.3.3 含损伤的本构方程94

3.4 考虑宏观、细观缺陷耦合的节理岩体静态损伤本构模型96

3.4.1 宏观、细观缺陷耦合损伤变量计算方法96

3.4.2 岩体静态损伤本构模型的建立100

3.4.3 算例分析100

3.5 含单条贯通节理的岩体单轴压缩损伤本构模型106

3.5.1 贯通节理岩体的破坏机理分析107

3.5.2 贯通节理岩体损伤变量的计算108

3.5.3 考虑宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体单轴压缩损伤本构模型110

3.5.4 算例分析111

3.6 考虑宏观、细观损伤耦合的贯通节理岩体动态损伤本构模型113

3.6.1 本构模型的建立114

3.6.2 参数确定114

3.6.3 算例分析115

4 基于元件模型的贯通节理岩体损伤本构模型117

4.1 引言117

4.2 元件模型理论117

4.2.1 结构体变形机制元件118

4.2.2 结构面变形机制元件119

4.3 贯通节理岩体单轴压缩静态损伤本构模型121

4.3.1 基于岩块和节理变形组合的岩体压缩变形本构方程121

4.3.2 算例分析123

4.4 贯通节理岩体三轴压缩静态损伤本构模型126

4.4.1 三轴压缩下岩块与节理面的变形本构方程126

4.4.2 算例分析129

4.5 考虑节理剪切强度的贯通节理岩体单轴压缩静态损伤本构模型130

4.5.1 考虑节理剪切强度对模型的修正130

4.5.2 算例分析131

4.6 考虑节理剪切强度的贯通节理岩体动态单轴压缩变形本构模型133

4.6.1 本构模型的建立133

4.6.2 本构模型的参数确定方法135

5 基于TCK模型的贯通节理岩体动态损伤本构模型137

5.1 引言137

5.2 岩石细观动态损伤本构模型138

5.2.1 基于TCK的岩石细观动态损伤本构模型138

5.2.2 算例分析140

5.3 基于宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体复合损伤张量143

5.3.1 贯通节理岩体细观损伤变量143

5.3.2 贯通节理岩体宏观损伤张量144

5.3.3 贯通节理岩体宏细观缺陷耦合损伤变量144

5.4 基于宏观、细观缺陷耦合的贯通节理岩体动态损伤本构模型144

5.4.1 基于TCK模型的岩体动态损伤本构方程144

5.4.2 算例分析145

5.4.3 模型验证149

6 基于TCK模型的非贯通节理岩体动态损伤本构模型151

6.1 引言151

6.2 单轴压缩下非贯通节理岩体宏观损伤张量计算151

6.2.1 非贯通节理岩体单轴压缩荷载作用方向上的损伤变量计算152

6.2.2 应力强度因子计算153

6.2.3 损伤变量的张量化155

6.2.4 算例分析156

6.3 双轴压缩下非贯通节理岩体宏观损伤张量计算159

6.3.1 非贯通节理岩体双轴压缩荷载作用方向上的损伤变量计算159

6.3.2 应力强度因子计算160

6.3.3 算例分析161

6.4 考虑宏细观缺陷耦合的非贯通节理岩体动态损伤本构模型165

6.5 非贯通节理岩体弹性矩阵的确定165

6.6 算例分析169

6.6.1 含单组非贯通闭合节理的岩体力学特性169

6.6.2 载荷应变率对岩体动力学特性的影响170

6.6.3 节理内摩擦角对岩体动力学特性的影响170

6.6.4 节理法向及切向刚度对岩体动力学特性的影响171

6.6.5 节理厚度对岩体动力学特性的影响172

6.6.6 节理倾角对岩体动力学特性的影响172

6.7 模型验证174

7 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体静态破坏机理及强度分析176

7.1 引言176

7.2 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体破坏机理177

7.2.1 岩体材料破坏现象及破坏机理177

7.2.2 直立层状岩质边坡溃屈破坏机理研究179

7.2.3 顺倾层状岩质边坡溃屈破坏机理研究186

7.3 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体强度分析187

7.3.1 仅考虑宏观缺陷时的岩体强度分析187

7.3.2 综合考虑宏观、细观缺陷时的岩体强度分析190

8 考虑采矿爆破荷载的地下矿山矿柱尺寸设计192

8.1 引言192

8.2 石人沟铁矿地下开采工程简介193

8.2.1 矿山概述193

8.2.2 矿山地质概况193

8.2.3 矿体开采总体设计194

8.2.4 采场爆破设计方案195

8.3 考虑爆破动荷载时的矿柱尺寸设计196

8.3.1 动载荷作用下完整矿柱尺寸计算方法197

8.3.2 动载荷作用下含非贯通节理的矿柱尺寸计算方法199

参考文献200