动态荷载会加速岩体内部的裂隙演化，影响工程稳定性，揭示岩体内部动态开裂机制成为岩体工程领域的核心科学问题。相比传统连续介质力学方法，采用积分形式的近场动力学方法，在模拟断裂方面具有独特优势。本书基于近场动力学理论，建立模拟岩石动态破坏的本构模型，研究含三维裂隙岩石在动态荷载作用下的力学特性与贯穿机制。通过试验与数值模拟，揭示含非直裂隙岩石的动态力学响应与开裂机制。针对锚固问题，提出考虑界面黏结特性的非线性本构关系，模拟层状及含裂隙加锚岩石的失效过程，探讨锚固角度、裂隙倾角对结构动态强度、能量耗散及裂纹扩展的影响规律。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 含预制裂隙岩石压缩试验 3
1.2.2 近场动力学理论及其工程应用 8
1.3 本书的主要内容 15
参考文献 16
第2章 近场动力学基本理论 30
2.1 运动方程 30
2.2 键基近场动力学 31
2.3 常规态基近场动力学 34
2.4 非常规态基近场动力学 35
2.5 数值实现 36
2.5.1 物质点空间离散与邻域搜索 36
2.5.2 表面矫正与体积修正 37
2.5.3 约束条件与加载 39
2.5.4 时域积分 41
2.6 冲击接触模型 43
2.7 失效判据 44
2.7.1 强度失效判据 44
2.7.2 能量失效判据 44
2.8 本章小结 46
参考文献 46
第3章 近场动力学高效搜索算法 48
3.1 物质点邻域搜索方法 48
3.2 索引加速算法 49
3.2.1 索引加速算法的定义 49
3.2.2 均匀物质点间距、边界规则下的索引加速算法 50
3.2.3 均匀物质点间距、边界不规则的解决方法 53
3.2.4 不均匀物质点间距的划分方法 54
3.2.5 极坐标系下的索引加速算法 55
3.3 广度优先搜索法 57
3.3.1 广度优先搜索法的定义 57
3.3.2 改进的广度优先搜索法 58
3.3.3 物质点邻域搜索计算速度对比 59
3.4 有限元软件网格划分工具及近场动力学物质点划分的区别 61
3.5 索引加速算法在近场动力学中的深度融合 63
3.6 本章小结 65
参考文献 65
第4章 基于近场动力学的含三维内部裂隙岩石动态断裂行为 67
4.1 岩石单键单参数动态损伤模型建立 67
4.1.1 考虑衰减函数微模量 67
4.1.2 本构力函数 71
4.1.3 率效应 74
4.2 数值验证 75
4.2.1 一维频散关系 75
4.2.2 紧凑型拉伸试验 78
4.2.3 层裂模拟 80
4.2.4 SHPB 压缩试验 82
4.3 含内部裂隙岩石裂纹扩展过程数值模拟 86
4.3.1 数值模型 86
4.3.2 结果与讨论 86
4.4 本章小结 102
参考文献 103
第5章 冲击荷载作用下含双三维内部裂隙岩石贯穿模式 106
5.1 改进岩石单键单参数动态损伤模型 106
5.1.1 考虑内部长度对非局部长程力的影响 106
5.1.2 能量基失效判据推导 111
5.1.3 服从Weibull 分布规律微模量 113
5.2 数值验证 114
5.2.1 缺口L 形试件动态断裂过程 114
5.2.2 裂隙岩石动态压缩模拟 115
5.3 冲击荷载作用下含双内部裂隙岩石裂纹扩展 118
5.3.1 数值模型 118
5.3.2 结果与讨论 118
5.4 本章小结 127
参考文献 128
第6章 岩石单键双参数动态损伤模型及裂纹扩展特性 130
6.1 单键双参数近场动力学模型 130
6.2 单键双参数动态损伤模型构建 132
6.2.1 衰减函数对键刚度的影响 132
6.2.2 考虑岩石异质性 135
6.2.3 本构力函数 135
6.3 数值验证 138
6.3.1 平板拉伸 138
6.3.2 岩石单孔爆破 143
6.3.3 SHPB冲击试验 145
6.4 应变率和形状参数对岩石裂纹扩展的影响 147
6.4.1 力学特性 148
6.4.2 裂纹扩展过程 151
6.5 本章小结 154
参考文献 155
第7章 冲击荷载作用下含非直裂隙岩石力学特性试验及开裂机制 158
7.1 试验材料和设备 158
7.2 试验结果 160
7.2.1 动态应力平衡检验 160
7.2.2 动态力学特性 161
7.2.3 起裂位置和破坏模式 162
7.3 改进单键双参数动态损伤模型 164
7.4 粒子对算法及其OpenMP并行化 166
7.5 动态荷载作用下含非直裂隙岩石试件三维断裂行为 170
7.5.1 数值模型 170
7.5.2 模型验证 171
7.5.3 裂纹起裂应力和扩展速度 172
7.5.4 裂纹扩展过程 174
7.6 开裂机制 180
7.7 本章小结 187
参考文献 187
第8章 围压作用下含非直裂隙岩石动力特性及开裂机制 191
8.1 试验材料和设备 191
8.2 试验结果 193
8.2.1 动态应力平衡检验 193
8.2.2 动态力学特性和破坏模式 194
8.3 数值模拟 196
8.3.1 数值模型 196
8.3.2 模型验证 197
8.4 不同赋存深度下含非直裂隙岩石试件动态断裂行为 198
8.4.1 考虑开挖扰动岩体应力分布 198
8.4.2 不同赋存深度下含非直裂隙岩石数值模拟 199
8.4.3 开裂机制 209
8.5 本章小结 212
参考文献 213
第9章 基于近场动力学的锚固岩石动态断裂特性 214
9.1 锚固界面近场动力学模型 214
9.1.1 岩石率相关近场动力学模型 214
9.1.2 钢筋混凝土界面近场动力学模型 217
9.1.3 锚杆近场动力学模型 219
9.2 冲击荷载作用下含缺陷锚固岩石动态断裂特性 220
9.2.1 模型验证 220
9.2.2 不同锚固角度下层状锚固岩石动态断裂特性 222
9.2.3 冲击荷载作用下含裂隙锚固岩石动态断裂特性 227
9.3 本章小结 234
参考文献 235
京公网安备 11010102004214号