岩石断裂力学  0708Z1M05002H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:周仕勇,和泰名,李世愚
授课时间: 星期二,第1、2、3 节
授课地点: 教二楼425
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11
课程编号: 0708Z1M05002H 课时: 32 学分: 2.00
课程属性: 专业普及课 主讲教师:周仕勇,和泰名,李世愚 助教:
英文名称: Fracture Mechanics of Rock 召集人:

教学目的、要求

岩石断裂力学是地球物理学的重要组成部分。本课程包含裂纹体断裂基本原理、裂纹体应力分析及岩石破裂准则与地震破裂力学、地震活动性模拟等方面的内容。本课程面向资源、环境地球物理、震源物理,为地震预测预报、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破裂失稳分析中的应用,了解国内外相关前沿学科进展。主要内容包括:前言,岩石脆性破裂、岩石摩擦、地壳岩石断裂、地震力学、地震活动性模拟、地震构造学共7个章节的教学。

预修课程

高等数学(1,2,3);弹性力学,塑性力学,数学物理方法

教 材

Christopher H. Scholz, 2002, The mechanics of earthquakes and faulting, Cambridge University Press 2002  (有中译本  马谨译  马胜利校)
Barry Kean Atkinson著,尹祥础,修济刚译, 岩石断裂力学, 1992, 地震出版社
李世愚、和泰名、尹祥础,岩石断裂力学(讲义)

主要内容

第一章.	引言                                                   2学时
第二章.	岩石脆性破裂                                           8 学时
 2.1   线性断裂力学原理
2.1.1 Griffith
2.1.2 裂纹前缘的应力场、位移场与应力强度因子
2.1.3 应力强度因子与裂纹扩展力的关系 
2.2	 应力强度因子的计算
2.2.1	应力强度因子与断裂韧性
2.2.2	一些边界条件下的应力强度因子
2.2.3	贝克纳尔公式
2.2.4 能量释放率及其与应力强度因子间的关系
 2.3  脆性断裂的判据与相似性定理
     2.3.1 最大环向应力理论
     2.3.2 应变能密度因子理论
2.3.4	最大能量释放率理论
     2.3.4 最大张应力理论
2.3.5 摩尔(Mohr)圆与库仑(Coulumb)应力
2.3.5	库仑-莫尔准则
2.3.6	孔隙应力与地下水对断裂强度的影响
2.3.7 水库蓄水、页岩气开采等人工诱地震问题讨论
    2.3.8 相似理论和岩石断裂力学实验设计基础
       
2.4	小结、讨论与作业
2.4.1	岩石脆性破裂实验研究
2.4.2	地壳岩石的脆(brittle)—韧(ductile)性转换深度及地震构造学含义
2.4.3	小结、作业
   第三章   非线性断裂力学  (4学时)
3.1	岩石微裂纹的演化与成核、损伤理论
3.2	COD理论
3.3	J积分理论
3.4	I型裂纹端部附近的弹塑性应力应变场分析—HRR
3.5	小结\讨论\作业
   第四章  岩石摩擦                                        4 学时
4.1  摩擦律研究发展历史与岩石摩擦律实验研究结果  
4.2  状态—速率型摩擦律及意义
4.3  粘滑与稳定滑动
4.4   b值计算与b值的物理学含义
    4.5断裂应力状态变化与背景地震活动性变化的关系
      4.5.1 ETAS模型与背景地震活动率的提取
      4.5.2 应力状态变化与背景地震活动性变化的关系
      4.5.3 地震危险性分析中的应用
    4.6 小结、讨论与作业
第五章 地壳岩石断裂                                        4学时
   5.1   Anderson断裂模型
   5.2   Hubbert-Rubey逆冲断裂模型
   5.3   断层活化问题
   5.4   断裂系的形成与扩展
   5.5   断层相互作用与应力扰动场计算
   5.6    小结、讨论与作业
第六章  地震力学                                    6 学时
   6.1   地震震源破裂过程的能量分配问题
6.2   地震强度测量—震级与地震矩
6.3   地震定位与震源参数测量
6.3.1 地震定位原理简介
6.3.2 震源机制与地震矩测量
6.3.3 地震应力降与测量
6.4   地震学中自相似问题与标度律
6.4.1  G—R律及物理含义
6.4.2  余震衰减与地球介质流变性
6.5    震源破裂运动学与动力学问题
6.6   小结、讨论与作业
      
第七章  地震活动性模拟                                               4 学时
   7.1 基于状态—速率型摩擦律俯冲带构造运动动态模拟
   7.2 基于库仑破裂准则的区域地震活动性准静态模拟
   7.3 区域构造运动与地震活动三维有限元模拟
   7.4 地震活动性统计模拟
      7.4.1 稳态泊松模型与地震活动性随机模拟
      7.4.2 非稳态泊松模型与地震活动性模拟
      7.4.3 地震危险性预测模型
      7.4.4 强震复现周期模型与地震危险性预测
      7.4.5 应力释放模型(SRL)与地震危险性预测
      7.4.6 多维应力释放模型(MSRM)与地震危险性预测
      7.5   小结、讨论与作业
第八章  地震构造学                                4学时
     8.1  板块俯冲带物理特性与强震活动特征
      8.1.1 俯冲速率对俯冲带地震活动的影响
   8.1.2 俯冲带热结构对俯冲带地震活动的影响
8.1.3 俯冲带海底地形对俯冲带地震活动的影响
     8.2  中国大陆块体结构与强震活动
     8.3  基于GPS测量资料的块体构造运动反演
     8.4 小结、讨论与作业

参考文献

[1] 李世愚,和泰名,尹祥础. 岩石断裂力学. 科学出版社(待出版). 
[2] 李世愚,和泰名,尹祥础. 岩石断裂力学导论. 当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书. 中国科学技术大学校友文库. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2009:1-468.
[3] 尹祥础,《固体力学》,地震出版社,北京,1985   
[4] Atkinson B K.  Fracture Mechanics of Rock. 557.  London: Academic Press Limited, 1987. (中译本:B. K. Atkinson主编,岩石断裂力学,尹祥础,修济刚、尹灿、颜玉定、尹迅飞译,北京:地震出版社, 1992)