岩石力学高级教程【2025|PDF下载-Epub版本|mobi电子书|kindle百度云盘下载】

岩石力学高级教程PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第一篇 岩石的物理性质1

第1章 绪论1

1.1 岩石与岩体1

1.2 岩石力学的研究范畴与内容1

1.2.1 岩石力学的研究范畴1

1.2.2 岩石力学的研究内容2

1.3 岩石力学的研究方法3

1.4 岩石力学涉及的两大学科——地质学科和力学学科4

1.4.1 地质学科在岩石力学中的作用4

1.4.2 力学学科在岩石力学中的作用5

1.5 岩石力学的发展简史6

1.5.1 岩石力学发展的标志性阶段6

1.5.2 中国岩石力学发展概况7

1.5.3 我国岩石力学与工程学科的发展与主要成果8

1.5.4 岩石力学的发展前景9

复习思考题10

参考文献10

第2章 岩石11

2.1 岩石和矿物11

2.1.1 地球上的矿物11

2.1.2 地球上的岩石12

2.1.3 月球上的岩石与矿物12

2.1.4 岩石的微构造12

2.2 岩石的分类14

2.2.1 成岩过程14

2.2.2 火成岩14

2.2.3 沉积岩15

2.2.4 变质岩16

2.2.5 成岩旋回17

2.3 岩石的特点18

2.3.1 高压高温环境18

2.3.2 多孔介质18

2.3.3 长期作用19

2.3.4 广泛应用的材料19

复习思考题19

参考文献20

第3章 岩石的基本物理性质21

3.1 研究岩石物理学的意义21

3.1.1 岩石物理学的内容21

3.1.2 正演问题和反演问题21

3.1.3 岩石物理学的研究方法22

3.2 岩石的重度和密度23

3.3 岩石的孔隙性24

3.4 岩石的水理性质25

3.4.1 岩石的吸水性25

3.4.2 岩石的抗冻性26

3.4.3 岩石的软化性26

3.4.4 岩石的崩解性27

3.4.5 岩石的膨胀性27

3.4.6 岩石的透水性28

3.5 岩石的热学性质29

3.5.1 热传导方程29

3.5.2 岩石的比热容、热导率和线胀系数30

3.6 岩石的磁性35

3.6.1 地磁要素35

3.6.2 岩石磁性有关物理量35

3.7 岩石的电学性质37

3.7.1 岩石的电阻率、视电阻率和介电常数37

3.7.2 岩石电学性质的应用40

3.7.3 岩石电磁特性的应用42

复习思考题43

参考文献43

第二篇 岩土材料弹塑性力学基础45

第4章 应力与应变45

4.1 应力45

4.1.1 应力张量45

4.1.2 一点的应力状态（应力张量）45

4.1.3 主应力与应力张量不变量47

4.1.4 Mohr圆48

4.1.5 地质应力54

4.2 应变59

4.2.1 位移、变形、应变和应变率的概念59

4.2.2 体积应变61

4.3 屈服条件62

4.3.1 屈服条件的概念62

4.3.2 应力张量的分解及应力偏量63

4.3.3 屈服准则65

4.4 主应力空间与平面68

4.5 应力分析的重要问题72

复习思考题75

参考文献77

第5章 材料的弹性本构关系78

5.1 概述78

5.2 各向同性材料的线弹性应力-应变关系（广义胡克定律）80

5.3 弹性固体的应变能和余能密度86

5.4 各向异性、正交各向异性及横观各向同性线弹性（Green）应力-应变关系88

5.5 非线弹性应力-应变关系91

5.6 各向同性材料的增量应力-应变关系（亚弹性）93

5.7 基于割线模量的增量本构关系95

5.8 变模量增量应力-应变模型96

5.9 本章小结98

复习思考题100

参考文献101

第6章 单轴状态下弹塑性材料的特征和模型102

6.1 塑性和模型102

6.2 单轴应力-应变特性102

6.3 单轴状态下的全量应力-应变模型104

6.4 单轴状态下的增量应力-应变模型105

复习思考题111

参考文献112

第7章 材料的塑性本构关系113

7.1 加载准则113

7.2 流动法则114

7.3 理想塑性材料的增量应力-应变关系117

7.4 强化法则122

7.5 有效应力和有效塑性应变125

7.6 加工强化材料的增量应力-应变关系128

复习思考题132

参考文献133

第8章 岩土材料的弹塑性力学特性134

8.1 岩土塑性力学与变形固体力学134

8.2 岩土类材料的应力-应变-强度特性137

8.3 弹塑性力学及工程岩土力学的基本特征与局限性140

8.4 岩土弹塑性本构关系与模型142

8.5 岩土塑性力学的建立和发展144

复习思考题145

第9章 岩土塑性力学的若干进展及模型146

9.1 广义塑性力学简介146

9.2 应变空间表述的本构关系152

9.3 双剪应力系列屈服与破坏准则156

9.4 其他岩土塑性模型简介164

复习思考题170

参考文献170

第10章 平面应变问题极限荷载的滑移线场解171

10.1 极限荷载与极限分析理论171

10.2 平面应变问题应力场的滑移线解174

10.3 应力滑移线的性质及几种简单应力场179

10.4 速度滑移线及其性质183

10.5 应力间断与速度间断187

复习思考题191

参考文献191

第三篇 岩石的基本力学性质193

第11章 岩石力学试验设备及试验方法193

11.1 试验机193

11.1.1 简述193

11.1.2 试验机的刚度与岩样的可控破裂195

11.1.3 影响试验机刚度的主要因素198

11.2 三轴压缩试验设备199

11.2.1 围压容器199

11.2.2 高压的产生201

11.3 应力路径201

11.3.1 加载与卸载201

11.3.2 加载方式及比例加载203

11.3.3 加载面204

11.4 岩石动态试验方法206

11.4.1 岩石动力学性质207

11.4.2 研究岩石动力学性质的方法208

11.4.3 分段式霍普金森压杆208

11.5 岩石真三轴力学试验（方形试件）210

11.5.1 真三轴试验仪器及加载方式210

11.5.2 真三轴试验步骤214

11.6 岩石真三轴力学试验（圆筒形试件）215

11.6.1 简述215

11.6.2 主要试验设备及关键技术216

11.6.3 小型围岩开挖卸荷试验系统构建221

11.6.4 开挖卸荷试验的模拟与再现过程222

11.6.5 试验系统创新与特色222

11.6.6 试验举例223

11.6.7 系统小结225

11.7 岩石力学试验主要内容225

11.7.1 岩石常规力学试验225

11.7.2 岩石研究性力学试验226

11.7.3 岩石综合性、设计性力学试验227

11.7.4 岩石力学试验新进展227

复习思考题228

参考文献229

第12章 岩石的变形性质230

12.1 岩石在单轴压缩状态下的应力-应变曲线230

12.2 反复加载与卸载条件下岩石的变形特性232

12.3 三轴压缩状态下岩石的变形特征233

12.4 真三轴压缩试验的应力-应变曲线234

12.5 岩石的剪胀235

12.5.1 岩石剪胀的概念235

12.5.2 岩石剪胀的应用236

12.6 岩石的弹性本构关系238

12.7 岩石的各向异性239

复习思考题240

参考文献240

第13章 岩石的强度性质241

13.1 岩石的基本破坏形式241

13.2 岩石的单轴抗压强度241

13.3 岩石的单轴抗拉强度244

13.4 岩石的抗剪强度248

13.5 岩石的三轴抗压强度249

13.6 影响岩石力学性质的主要因素254

复习思考题257

参考文献258

第14章 岩石的流变性质259

14.1 基本概念259

14.2 流变模型理论261

14.2.1 基本元件261

14.2.2 基本二元模型262

14.2.3 组合模型及其流变特性267

14.2.4 模型的选取原则270

14.3 经验方程法271

14.4 长时强度272

14.5 时温对应原理及叠合曲线274

14.5.1 材料的模量-时间曲线274

14.5.2 WLF方程276

14.5.3 时温等效作图法277

14.6 岩石时温对应关系278

14.6.1 饱和多孔岩石弛豫衰减的时温等效性278

14.6.2 花岗岩蠕变柔量（松弛模量）的时温等效性281

14.6.3 岩石移位因子参数的确定282

14.6.4 时温等效原理应用范围的讨论及其拓展283

复习思考题284

参考文献284

第15章 岩石的屈服与破坏准则285

15.1 简述285

15.1.1 基本概念285

15.1.2 偏平面上屈服曲线的性质287

15.1.3 岩土类材料的屈服与破坏特性288

15.2 Mohr-Coulomb屈服或破坏准则289

15.2.1 M-C准则的不同表达式289

15.2.2 M-C准则的评价290

15.3 Tresca准则与Zienkiewice-Pande准则291

15.3.1 Tresca准则291

15.3.2 广义Tresca准则292

15.3.3 Zienkiewice-Pande准则292

15.3.4 准则评价294

15.4 Mises准则与Drucker-Prager准则294

15.4.1 Mises准则294

15.4.2 Drucker-Prager准则296

15.5 Lade-Duncan准则与Lade准则299

15.5.1 L-D准则299

15.5.2 Lade准则300

15.5.3 准则评价303

15.6 霍克-布朗岩石破坏经验判据303

15.6.1 经验判据303

15.6.2 经验参数m、s对岩体强度的影响306

15.6.3 对经验参数m、 s含义的理解和再认识308

15.6.4 对Hoek-Brown准则的评述309

15.7 统一强度理论310

复习思考题312

参考文献313

第16章 岩体的力学性质314

16.1 影响岩体力学性质的基本因素314

16.2 岩体结构317

16.2.1 岩体分类317

16.2.2 岩体力学机制分析方法简介319

16.3 结构面的几何特征与分类321

16.3.1 结构面的概念321

16.3.2 结构面的分类322

16.4 结构面的自然特征与描述323

16.4.1 充填胶结特征323

16.4.2 形态特征324

16.4.3 结构面的空间分布325

16.5 结构面的变形特性327

16.5.1 法向变形327

16.5.2 剪切变形328

16.6 结构面的强度特性330

16.7 岩体的强度性质332

16.7.1 岩体强度的测定333

16.7.2 结构面的强度效应334

16.7.3 岩体强度的估算338

16.8 岩体的变形性质340

16.8.1 岩体的应力-应变分析340

16.8.2 岩体变形参数的估计341

16.8.3 影响岩体变形性质的因素343

16.9 综合考虑宏观、细观缺陷的岩体破坏机理与强度分析344

16.9.1 岩体材料破坏现象及破坏机理344

16.9.2 综合考虑宏观、细观缺陷时的岩体强度分析346

16.10 岩体的水力学性质347

16.10.1 岩体与土体渗流的区别348

16.10.2 岩体空隙的结构类型348

16.10.3 裂隙岩体的水力特性349

16.10.4 应力对岩体渗透性能的影响350

16.10.5 渗流应力351

16.10.6 地下水渗流对岩体性质的影响352

复习思考题354

参考文献355

第17章 岩体质量评价及其分类356

17.1 按岩石（芯）质量指标（RQD）分类356

17.2 按岩体结构类型分类357

17.3 岩体质量分级——《工程岩体分级标准》（GB/T 50218—2014）简介358

17.4 岩体地质力学（CSIR）分类362

17.5 Barton岩体质量（Q）分类364

17.6 《工程岩体分级标准》（GB/T 50218—2014）与Q分类法、RMR分类法之间的关系367

17.7 数值分类法在工程岩体分级中的应用368

复习思考题371

参考文献371

第18章 地应力及其分布规律372

18.1 地应力的概念与意义372

18.1.1 地应力的基本概念372

18.1.2 地应力的成因、组成成分和影响因素372

18.2 地应力的主要分布规律375

18.3 高地应力区域的主要岩石力学问题378

18.3.1 高地应力判别准则和高地应力现象378

18.3.2 岩爆及其防治措施380

18.4 地应力测量方法384

18.4.1 地应力测量方法简介384

18.4.2 地应力测量的基本原理388

18.4.3 水压致裂法390

18.4.4 应力解除法392

18.4.5 声发射法394

复习思考题397

参考文献397

第四篇 岩石力学的复杂问题399

第19章 岩体强度预测方法399

19.1 简述399

19.2 经验强度准则对岩体的分类399

19.3 各向同性均质岩体强度预测401

19.3.1 单轴抗压、抗拉强度预测401

19.3.2 岩体或潜在破坏面抗剪强度预测401

19.4 结构面强度理论402

19.4.1 结构面强度理论研究现状403

19.4.2 分形特征确定结构面粗糙度系数的方法403

19.4.3 结构面抗剪强度计算方法405

19.5 各向异性岩体强度预测407

19.5.1 含一组结构面各向异性岩体强度预测407

19.5.2 含两组或三组结构面各向异性岩体强度预测410

19.6 Hoek-Brown准则（2002版）对岩体强度的估算413

19.7 地下水对岩体强度的影响414

19.8 岩体变形模量的估算414

19.8.1 由岩体分类指标估算415

19.8.2 由纵波波速估算415

复习思考题416

参考文献417

第20章 基于元件模型的贯通节理岩体损伤本构模型418

20.1 简述418

20.2 元件模型理论418

20.2.1 结构体变形机制元件418

20.2.2 结构面变形机制元件420

20.3 贯通节理岩体单轴压缩静态损伤本构模型421

20.3.1 基于岩块和节理变形组合的岩体压缩变形本构方程421

20.3.2 算例分析423

20.4 贯通节理岩体三轴压缩静态损伤本构模型425

20.4.1 三轴压缩下岩块与节理面的变形本构方程425

20.4.2 算例分析427

20.5 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428

20.5.1 考虑节理剪切强度对模型的修正428

20.5.2 算例分析429

20.6 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431

20.6.1 本构模型的建立431

20.6.2 本构模型的参数确定方法432

参考文献433

第21章 孔隙流体对岩石的作用434

21.1 流体静压力下饱和岩石的弹性表现434

21.1.1 孔隙压力对岩石性质的影响434

21.1.2 饱和岩石——排水情况435

21.1.3 饱和岩石——不排水情况436

21.2 弹性波在饱和岩石中的传播437

21.2.1 液体饱和对波速的影响437

21.2.2 波速比ξ = vp/vs的变化439

21.3 线性多孔弹性力学441

21.3.1 基本概念441

21.3.2 不排水情况下的孔隙压力和弹性模量442

21.3.3 有效应力定律444

21.4 达西定律和岩石的渗透率445

21.4.1 等效体446

21.4.2 达西定律447

21.4.3 渗透率448

21.5 渗透率的测量450

21.5.1 稳态法450

21.5.2 压力脉冲法451

21.5.3 周期加载法451

21.6 岩石渗透率受岩石组分、孔隙率、压力和温度的影响452

21.6.1 渗透率随岩石组分的变化452

21.6.2 渗透率随压力的变化453

21.6.3 岩石的热开裂454

21.7 流体输运模型455

21.7.1 等效管道模型455

21.7.2 逾渗模型456

复习思考题457

参考文献458

第22章 岩石的断裂460

22.1 差应力作用下岩石的特性460

22.1.1 岩石的膨胀461

22.1.2 岩石破裂的微结构464

22.1.3 声发射及其他性质465

22.2 脆性破裂467

22.2.1 破裂类型和破裂准则468

22.2.2 库仑准则469

22.2.3 应力状态指数473

22.3 岩石断裂力学475

22.3.1 断裂力学475

22.3.2 张开型裂纹的黏聚力模型479

22.3.3 剪切型裂纹的滑动弱化模型481

22.3.4 岩石的剪切断裂能G485

22.4 流体对断裂的影响488

22.4.1 孔隙压力Pp488

22.4.2 有效应力定律489

22.4.3 水压致裂489

22.5 受压裂纹问题的特殊性491

22.6 受压裂纹周围的应力场492

22.6.1 受双轴压力的斜裂纹492

22.6.2 受单轴压力的斜裂纹494

22.7 裂纹面上的载荷——非均匀分布496

22.7.1 裂纹周围的应力和位移496

22.7.2 裂纹面上的位移和位移间断498

参考文献500

第23章 岩石损伤导致失稳破坏的物理测度502

23.1 简述502

23.2 损伤理论介绍502

23.3 细观非均匀性的表征及其统计分布504

23.4 统计细观损伤力学介绍504

23.5 CT技术的应用505

23.6 波速和波速比507

23.7 形变场测量508

23.7.1 激光全息法508

23.7.2 激光散斑法508

23.7.3 白光数字散斑法509

23.7.4 地面形变场测量510

23.7.5 岩体内部形变测量510

23.7.6 地震频率的应变张量观测511

23.8 声发射序列的能级和数量关系——b值511

23.8.1 声发射序列b值与地震序列b值的相似性511

23.8.2 声发射序列b值的试验研究512

23.8.3 b值的分形意义513

23.9 岩石介质的各向异性513

23.9.1 引言513

23.9.2 试验条件513

23.9.3 试验方法514

23.9.4 试验观测514

23.9.5 结果（快慢S波时间延迟△t与载荷P的对应关系）515

23.9.6 分析516

23.9.7 讨论517

23.10 微破裂声发射的频谱分析517

23.11 岩石中的声波衰减519

23.12 岩石声发射（AE）序列特征520

23.13 大地电阻率法和大地电位法521

23.14 加、卸载响应比523

23.15 讨论526

23.16 波速和波速比知识的补充527

23.17 b值与m值的关系528

23.18 非弹性介质中波的衰减529

23.19 地震能量、地震效率与Benioff应变534

参考文献535

第24章 岩石的剪切破坏537

24.1 简述537

24.2 岩石抗剪切破坏强度538

24.2.1 莫尔-库仑准则538

24.2.2 莫尔-库仑准则与格里菲斯-欧文准则的内在联系541

24.2.3 Byerlee定律542

24.3 岩石微裂纹的演化与成核544

24.3.1 热缺陷与热激活544

24.3.2 缺陷的塞积与微裂纹的成核545

24.3.3 微破裂成核理论545

24.3.4 过程区547

24.4 剪切破坏发生条件的围压理论548

24.4.1 引言548

24.4.2 初步改进的围压理论550

24.4.3 讨论551

24.5 岩石中的共线剪切裂纹障碍体（岩桥）接合模型551

24.5.1 单轴压下含共线剪切切口玻璃板的实验551

24.5.2 单轴压下含共线剪切切口岩石板的实验552

24.5.3 裂纹系形成剪切破坏面的互锁效应553

24.5.4 内端部翼状破裂的止裂557

24.5.5 断层Ⅰ型破裂的多发性和尺度多样性558

24.6 剪切破裂带形成的理论模型558

24.6.1 拉张破裂的二次破裂理论558

24.6.2 三维破裂的破碎带形成理论560

24.6.3 野外拍摄到的现场岩石三维剪切破裂562

24.6.4 含单切口岩石板在围压下的破裂实验563

24.6.5 摩擦面上磨损碎屑的产生及其对剪切破坏的意义564

24.6.6 地壳内的应力条件564

24.6.7 地壳断层中Ⅰ型破裂的尺度估计566

24.7 单裂纹剪切破坏发生条件的推导568

24.8 剪切破坏KⅡc值的估算573

参考文献573

第25章 岩石的动力学特性577

25.1 岩石动力学特性参数577

25.1.1 加载率和应变率577

25.1.2 动力荷载和岩石的应力波速度577

25.1.3 岩石的波阻抗578

25.1.4 岩石的动态弹性模量和强度579

25.2 岩石动力特性试验技术580

25.3 岩石动态本构关系583

25.3.1 岩石动态本构关系试验分析583

25.3.2 围压下岩石的动态本构关系584

25.3.3 岩石动态本构关系式584

25.4 岩石冲击破裂特性585

25.4.1 岩石动态层裂理论分析586

25.4.2 岩石类脆性材料层裂试验结果587

25.4.3 岩石试件形状对动力引起破裂的影响588

25.5 岩石裂隙对动态破碎的影响590

25.5.1 岩石动态断裂强度590

25.5.2 岩石动态应力强度因子与断裂韧性592

25.5.3 岩石动态破碎尺度的预测594

25.5.4 岩石动态破碎理论对比分析596

25.5.5 岩石动态破碎理论应用597

复习思考题598

参考文献598

第26章 岩石破坏临界现象与信息识别599

26.1 岩石破坏过程中的物理、力学现象599

26.2 岩石破裂过程临界扩容应力与应变阈值研究601

26.3 岩石破坏过程中的电阻率变化606

26.4 岩石破坏过程中的声发射变化610

26.5 岩石破坏过程中的渗透率变化614

26.6 岩石破坏过程中的波速变化618

26.7 岩石破坏过程中的电磁辐射变化622

26.8 岩石破坏过程中的氡辐射变化624

26.9 岩石临界信息综合识别626

参考文献628

第五篇 岩石力学的工程应用631

第27章 岩石地下工程稳定分析方法631

27.1 围岩二次应力状态的基本概念631

27.2 深埋圆形洞室围岩二次应力状态的弹性分析632

27.2.1 侧压力系数λ=1时的深埋圆形洞室围岩的二次应力状态632

27.2.2 侧压力系数λ≠1时的深埋圆形洞室围岩的二次应力状态636

27.2.3 深埋椭圆形洞室的二次应力状态637

27.2.4 深埋矩形洞室的二次应力状态639

27.2.5 群洞围岩的弹性应力计算640

27.3 深埋圆形洞室围岩二次应力状态的弹塑性分析642

27.3.1 轴对称圆形巷道的理想弹塑性分析——卡斯特纳求解642

27.3.2 塑性区半径处的应力645

27.3.3 塑性区的位移646

27.3.4 深埋圆形洞室二次应力状态的弹塑性分布特性小结646

27.4 围岩-支护相互作用全过程解析647

27.4.1 开挖面的空间效应及其影响范围内的巷道径向变形曲线647

27.4.2 围岩-支护相互作用过程解析648

27.4.3 围岩-支护相互作用全过程的分析653

27.4.4 工程算例与分析656

27.4.5 小结657

27.5 节理岩体中深埋圆形洞室的剪裂区及应力分析658

27.5.1 剪裂区分析的基本假设658

27.5.2 剪裂区内的应力659

27.5.3 剪裂区范围的计算659

27.6 围岩压力成因及影响因素660

27.6.1 围岩压力的基本概念660

27.6.2 围岩压力成因661

27.6.3 围岩压力影响因素662

27.7 地下洞室围岩压力及稳定性验算665

27.7.1 完整而坚硬岩体的围岩压力及稳定性验算665

27.7.2 水平层状岩体的围岩压力及稳定性验算666

27.8 松散岩体的围岩压力计算668

27.8.1 浅埋洞室的围岩松动压力计算——泰沙基理论668

27.8.2 深埋洞室的松散体围岩压力计算——普氏地压理论671

27.9 立井围岩压力计算673

27.10 斜巷围岩压力计算676

27.11 围岩-支护相互作用的流变变形机制677

27.11.1 基于流变变形特性的完整围岩支护的基本原则677

27.11.2 围岩-支护相互作用流变变形机制的概念模型的建立与新认识678

27.11.3 基于围岩-支护相互作用流变变形机制的分析679

复习思考题681

参考文献681

第28章 岩质边坡工程稳定分析方法682

28.1 岩质边坡可能的失稳模式及初步判断682

28.1.1 简述682

28.1.2 应用赤平投影方法初步判断失稳模式683

28.1.3 工程应用实例——某工程高边坡的失稳模式判断684

28.2 边坡稳定分析的Sarma法686

28.2.1 Sarma提出的方法686

28.2.2 对Sarma法的改进688

28.3 楔体稳定分析692

28.3.1 简述692

28.3.2 楔体稳定极限平衡解694

28.3.3 楔体稳定分析的上限解695

28.4 倾倒稳定分析696

28.4.1 简述696

28.4.2 Goodman-Bray极限平衡分析方法697

28.5 岩质边坡稳定分析程序简介698

28.6 有限元强度折减法原理699

复习思考题701

参考文献702