本书给出了根据最小耗能原理建立岩石破坏理论的技术路径和方法，并在岩石可视为各向同性、线弹性且抗拉、压强度不等材料的条件下具体导出了岩石的破坏准则。该准则表明：①它是一个促使岩石发生破坏所需消耗能量的临界值表达式；②促使岩石发生破坏所需消耗的能量，仅是岩石中因荷载作用而产生和蓄积的总弹性变形能中的某些特定部分，其临界值则是一材料常数，它恒等于岩石在单向受力情况下发生破坏所需消耗的能量，在三向受压并临近破坏时总弹性变形能将远大于临界值，二者之差在岩石破坏时将以动能的形式释放；③该准则能描述在不同卸载路径下岩石的破坏规律。综上，上述准则可用于对岩爆现象进行定量研究，从而为解决岩爆这一世界性科学难题提供了可能。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 关于材料破坏理论的研究现状 1
1.2 关于岩石破坏理论的研究现状 3
1.3 最小耗能原理与强度理论 5
1.4 对强度理论问题的再认识 8
1.4.1 对经典强度理论中能量理论的再认识 8
1.4.2 对影响强度准则因素的再认识 10
1.4.3 对导致当前在强度准则研究领域中多种理论并存局面的再认识 11
1.4.4 对研究强度问题基本思路的再认识 12
1.4.5 对强度理论研究范围的再认识 13
1.4.6 应力集中现象与强度问题以及为什么会有应力集中 13
1.5 岩爆研究现状 14
1.5.1 关于岩爆的定义 14
1.5.2 发生岩爆的条件 15
1.5.3 岩爆机理研究现状 15
1.5.4 岩爆判据研究现状 18
1.5.5 关于现场实验预测、预报岩爆问题的研究现状 20
1.5.6 岩爆控制系统研究现状 21
1.6 本书的主要内容及创新点 21参考文献 23第2章 最小耗能原理 25
2.1 大自然的节约法则 25
2.2 最小能耗原理和最小能耗率原理 25
2.3 最小能耗率原理和最小能耗原理的局限性 26
2.4 为什么许多学者会热衷于从事拓展最小熵产生原理适用范围的研究 26
2.5 新最小熵产生原理(即最小耗能原理) 27
2.5.1 一个简单动力学问题的启示 28
2.5.2 在非线性非平衡态热力学过程中任意瞬时的热力学力与热力学流之间的关系 29
2.5.3 Prigogine的最小熵产生原理中所谓的最小熵产生究竟是在一个什么范围内的“最小” 31
2.5.4 另一个简单例子的启示 31
2.5.5 新最小熵产生原理 32
2.5.6 最小耗能原理 32
2.5.7 新最小熵产生原理(即最小耗能原理)与Prigogine的最小熵产生原理(即最小能耗率原理)的区别 33
2.6 对最小耗能原理正确性的验证 34
2.6.1 导出无内热源情况下的不稳定热传导方程 34
2.6.2 一个简单的并联电路计算问题 36
2.7 用最小耗能原理解决问题的三种途径 37
2.7.1 三种途径 37
2.7.2 应用举例 38
2.7.3 对用最小耗能原理解决问题的三种途径的进一步讨论 40
2.8 关于约束条件 41
2.9 主要结论 42参考文献 43第3章 基于最小耗能原理的岩石破坏理论 44
3.1 根据最小耗能原理建立材料破坏准则的基本思路和技术路径 44
3.2 基于最小耗能原理的岩石破坏准则 46
3.3 基于最小耗能原理的岩石破坏准则的实验验证 50
3.4 为什么称“理论”而不称“准则” 52
3.4.1 基于最小耗能原理的岩石破坏准则包含的信息 52
3.4.2 所谓“岩石破坏理论”的内涵 56参考文献 56第4章 岩爆机理探索 59
4.1 岩爆现象的主要特征 59
4.2 在什么情况下初始地应力与开挖掘进形成的巷道或洞室自由面被卸载而引起的扰动应力二者的组合应力状态会导致围岩发生破坏 60
4.2.1 仅考虑自重作用下的地层深部应力状态(即初始地应力状态)的理论分析 60
4.2.2 因开挖掘进形成的巷道或洞室自由面被卸载而引起的扰动应力与初始地应力二者的组合应力状态的理论分析 61
4.2.3 根据基于最小耗能原理的岩石破坏准则判定在“组合应力状态”下围岩是否会发生破坏 64
4.3 根据基于最小耗能原理的岩石破坏理论来判定在开挖扰动造成巷道或洞室围岩破坏时是否会导致猛烈的能量释放(即引发岩爆) 68
4.3.1 围岩在开挖扰动前的初始地应力状态下究竟储存了多少弹性应变能 69
4.3.2 围岩因开挖扰动导致的破坏究竟需要消耗多少能量以及在围岩破坏区究竟能释放多少能量 70
4.3.3 在部分围岩发生了破坏时围岩未发生破坏区域中的岩体究竟能释放多少能量 71
4.3.4 关于因在地下开挖掘进形成的巷道或洞室自由面被卸载而导致弹性应变能释放问题的进一步讨论 72
4.4 岩爆机理 74
4.4.1 从本质上说岩爆是一个力学问题 74
4.4.2 基于最小耗能原理的岩石破坏理论与岩爆机理研究 75
4.4.3 关于各向异性、非线性、黏、弹、塑性岩体中的岩爆机理探索 76
4.4.4 滑移型岩爆机理 88
4.4.5 基于最小耗能原理的岩石整体破坏准则与岩爆机理研究 90
4.4.6 关于开挖掘进形成的巷道在间隔了一段时间之后才发生的岩爆机理探索 93
4.5 最小耗能原理与岩爆研究 94
参考文献 95
第5章 根据基于最小耗能原理的岩石破坏理论预测岩爆 96
5.1 根据基于最小耗能原理的岩石破坏理论预测岩爆的思路及步骤 96
5.2 预测在什么情况下进行巷道或洞室的开挖掘进就肯定不会引发岩爆 96
5.3 关于预测在什么情况下进行巷道或洞室开挖掘进就会引发岩爆的思路和方法 101
5.3.1 岩爆时猛烈释放的能量究竟从何而来？ 101
5.3.2 基于最小耗能原理的岩石破坏理论与岩爆预测研究 105
5.4 关于预测在什么情况下进行的地下巷道或洞室开挖掘进就肯定不会引发岩爆或会引发岩爆的定量分析举例 106
5.4.1 在什么情况下开挖掘进地下巷道或洞室就肯定不会引发岩爆的预测举例 106
5.4.2 在什么情况下开挖掘进地下巷道或洞室就会引发岩爆的预测举例 107
参考文献 131
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