岩石断裂力学  071M5009H

学期:2017—2018学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:李世愚,和泰名
授课时间: 星期四, 第1、2节
授课地点: 教2-425
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
授课时间: 星期二, 第1、2节
授课地点: 教2-425
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14
课程编号: 071M5009H 课时: 50 学分: 3.0
课程属性: 专业普及课 主讲教师:李世愚,和泰名
英文名称: Fracture Mechanics of Rock

教学目的、要求

本课程为固体地球物理学及其它相关专业的专业基础课。
	本课程面向资源、环境地球物理、震源物理,为地质成矿、地震预测预报、防震减灾等服务, 让学生掌握与断层运动和破裂有关的断裂力学理论及其在岩石与断层中的应用,并学习岩石力学实验的基本技能,了解有关国内外前沿学科进展。

预修课程

弹性力学,塑性力学,数学物理方法(含复变函数)

教 材

李世愚、和泰名、尹祥础,岩石断裂力学(讲义)

主要内容

第1章  绪论,并复习 弹性力学(1学时)
*第2章 线弹性断裂力学(5学时), 
    格里菲斯理论、克罗索夫—木斯海里什维里应力函数、威斯特嘎德应力函数-I、II、III型裂纹
*第3章 应力强度因子、断裂韧性和能量释放率(5学时). 
    应力强度因子与断裂韧性、一些边界条件下的应力强度因子、贝克纳尔公式,能量释放率及其与应力强度因子间的关系
*第4章 脆性断裂的判据与相似性定理 (5学时), 
    最大环向应力理论、应变能密度因子理论、最大能量释放率理论、最大张应力理论、库仑-莫尔准则、岩石失稳破坏的条件、 相似理论和岩石断裂力学实验设计基础
*第5章 非线性断裂力学(5学时),
    岩石微裂纹的演化与成核、损伤理论介绍、内聚力模型、裂纹端部塑性区大小的估算、裂纹端部张开位移δ(CTOD)、裂纹扩展阻力R和亚临界扩展、J积分
第6章 扁椭圆裂纹模式(1学时), 
    受压情况下的扁椭圆裂纹模型、扁椭圆裂纹模式的格里菲斯破坏准则
第7章 受压裂纹周围的应力场(1学时),
    裂纹扰动应力、背景应力与绝对应力、含孔隙压力的I型裂纹、受单轴压的斜裂纹、叠加单轴压的III型裂纹
*第8章 受压裂纹扩展的实验研究(2学时),
单轴压力下裂纹或切口破裂的实验研究, 用非直线内聚带理论拟合破裂扩展途径、单轴压力下的断裂角实验结果分析、受单轴压切口破裂实验结果的分析、高围压条件下的断裂实验、差应力下岩石的体积膨胀、含切口岩石的破裂过程可见光透视观察、岩石破裂透视实验结果的理论分析、利用巴西圆盘试验测定岩石的抗拉强度
习题课(1学时)
第9章 共线裂纹系的理论与实验研究(2学时),
受拉伸共线斜裂纹问题的理论解、受压共线斜裂纹问题的理论解、受单轴压共线斜剪切裂纹扩展的实验研究、用非直线内聚带理论和方法模拟受压共线斜裂纹破裂扩展途径、含共线斜切口岩石受单轴压的互锁现象
第10章 裂纹系的数值模拟与实验研究(2学时),
   加权残值法理论介绍、边界元方法、全裂纹面COD方法求解应力强度因子、用全裂纹面COD方法进行二维双裂纹的数值模拟、有限元方法、离散元模型介绍
第11章 三维脆性破裂(2学时)
研究史的回顾、受压表面裂纹的三维破裂实验、三维初始破裂的理论拟合-第一主微分面集合(CFPDP)法、第一主微分面集合(CFPDP)方法得到的若干理论拟合结果、印痕器接触破裂问题、 受均匀剪切椭圆裂纹破裂问题、三维初始破裂拟合的极值法、张应力判据的临界K-曲面、三维破裂的多重性与分形结构
第12章 岩石的剪切破坏(2学时)
围压效应理论的再研究、岩石中的共线剪切裂纹互锁效应
第13章 不同距离力源作用下脆性破裂的稳定性和止裂(1学时)
裂纹扩展的稳定性、止裂条件和止裂准则、集中力或力偶、分布力或力偶
第14章 用声学方法研究岩石的破裂过程(1学时)
声发射定位、含典型构造岩石样品声发射实验、Kaiser效应和Felicity效应、不变载荷与卸载条件下的声发射、声发射序列的能级和数量关系-b值、岩石主破裂前的低频辐射、 波速和波速比、介质的各向异性
第15章 流体的作用(1学时)
孔隙率、渗透率和通过孔隙介质流体的流动、应力腐蚀、孔隙压力的作用、水压致裂、地球深部流体的存在和超临界流体的性质、流体在地震与断层活动中的作用、流体参与矿山地震震源过程的证据
第16章 具有滑动弱化模式破裂的库仑应力变化(1学时)
  伏尔泰拉位错与索米扬娜位错模型、线弹性断裂力学模型、滑动弱化模式
*第17章  岩石断裂力学在地震孕育与破裂模式中的应用(3学时)
地震震中地表破裂、由微破裂成核理论导出的推论及应用、地震孕育的膨胀模式、摩擦准则、地震断层快速形变导致的局部温升和岩石熔融、地震孕育过程的流变模式、岩石断裂力学在矿山地震学中的应用、关于断层破裂与地震成因的讨论
总复习(1学时)
注:加*号的部分为教学重点与难点
(细化到学时,明确学时分配与进度计划;标注“教学重点与难点”)

参考文献