巖石物理與動力學原理

目錄
第1章 巖石聲場和波動原理 1
1.1 引言 1
1.2 離散波與連續(xù)波 1
1.2.1 晶格熱振動 1
1.2.2 討論——愛因斯坦模型和德拜模型 5
1.3 強間斷波和連續(xù)波 5
1.3.1 強間斷波動方程——跨波陣面 6
1.3.2 連續(xù)波動方程——沿波陣面的表述 11
1.4 波動方程求解 12
1.4.1 波動方程一般解法 12
1.4.2 特征線法求解 13
1.4.3 積分變換法求解 14
1.4.4 格林函數(shù)法求解——波與細微觀結構的相互作用 16
1.5 線彈性波和黏彈性波 19
1.6 擴散過程和波動過程 21
1.7 典型波、波速和頻散 23
1.8 面波 26
1.8.1 瑞利面波 26
1.8.2 勒夫面波 27
1.8.3 斯通萊面波 28
1.9 散射——瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射 28
1.10 小結 31
參考文獻 31
第2章 巖石熱弛豫波動分析原理 33
2.1 引言 33
2.2 典型的理論模型 34
2.3 基于時溫等效原理的實驗研究 37
2.3.1 實驗技術 37
2.3.2 時溫等效原理 38
2.4 熱弛豫波動模型 41
2.4.1 流變模型與德拜方程 41
2.4.2 基于熱激活機制波動模型 43
2.4.3 熱弛豫波動模型分析 45
2.5 熱弛豫波動實驗現(xiàn)象的進一步討論 47
2.6 基于熱弛豫機制的P波波動分析 48
2.6.1 P波波速和衰減理論分析 48
2.6.2 Biot模型、BISQ模型和熱弛豫模型比較 50
2.6.3 P波頻率譜和溫度譜 52
2.7 基于熱弛豫機制的S波波動分析 56
2.7.1 S波波速和衰減理論分析 56
2.7.2 S波頻率譜和溫度譜分析 57
2.8 熱弛豫模型的初步應用 60
2.9 宏觀唯象波速的半理論分析 61
2.9.1 巖石中宏觀波速的尺度效應和頻散效應 61
2.9.2 巖石中宏觀唯象波速的半理論分析 62
2.9.3 宏觀唯象波速半理論公式的應用 64
2.10 小結 68
參考文獻 69
第3章 巖石波動與細微觀結構相互作用原理 72
3.1 引言 72
3.2 實驗技術 72
3.3 實驗結果 74
3.4 基于格林函數(shù)法的理論模型 77
3.4.1 雙裂紋模型 79
3.4.2 單橢圓孔洞模型 80
3.4.3 雙橢圓孔洞模型 82
3.4.4 數(shù)值計算 87
3.5 缺陷內(nèi)部應力邊界條件 90
3.5.1 均勻應力分布邊界條件 91
3.5.2 等剛度系數(shù)應力邊界條件 92
3.5.3 模型計算結果 92
3.6 含多種尺寸缺陷的巖石彈性波傳播 96
3.7 彈性波傳播與地應力狀態(tài) 99
3.7.1 開挖卸荷對巖石聲波地震波速度的影響 99
3.7.2 開挖卸荷過程中巖石波速 101
3.7.3 幾何結構變化對聲波波形的影響 103
3.7.4 聲波和地震波波速與地應力確定 104
3.8 小結 105
參考文獻 105
第4章 巖石微界面動力學原理 107
4.1 引言 107
4.2 粗糙表面形態(tài)及描述 107
4.2.1 隨機抽樣法 107
4.2.2 激光掃描和BG法 108
4.2.3 粗糙表面的對稱群描述及演化 109
4.3 微動摩擦表面演化 112
4.3.1 巖石節(jié)理微動摩擦過程 112
4.3.2 微動摩擦表面變形的控制方程 115
4.4 巖石微動摩擦實驗技術 117
4.4.1 桿束實驗技術 117
4.4.2 聲發(fā)射實驗技術 118
4.4.3 紅外測溫技術 121
4.5 巖石微動摩擦過程的物理特性 127
4.5.1 界面微動滑移特性 127
4.5.2 界面微動滑移的聲發(fā)射和溫升 128
4.6 小結 134
參考文獻 134
第5章 復雜應力狀態(tài)下巖石波動效應 136
5.1 引言 136
5.2 主動和被動圍壓實驗 138
5.3 動態(tài)壓剪實驗 139
5.3.1 實驗原理 139
5.3.2 花崗巖壓剪動特性 141
5.3.3 花崗巖壓剪耦合特性 142
5.4 真三軸應力狀態(tài)下動態(tài)沖擊實驗 145
5.4.1 實驗原理 145
5.4.2 混凝土三軸動特性 147
5.4.3 混凝土三軸強度 149
5.4.4 中間主應力影響 151
5.4.5 討論——橫向效應 151
5.5 三軸應力狀態(tài)下侵徹性能 152
5.5.1 實驗原理 152
5.5.2 三軸靜載下的侵徹響應 154
5.6 巖石礦物靜高壓研究 159
5.7 小結 163
參考文獻 164
第6章 巖石非均勻性與波動原理 167
6.1 引言 167
6.2 實驗技術 167
6.2.1 X射線成像與衍射 167
6.2.2 數(shù)字散斑技術 169
6.2.3 巖石中的位移場和應變場 172
6.3 巖石非均勻性的表征和演化 173
6.3.1 同時X射線成像與衍射 173
6.3.2 數(shù)字散斑結果與Weibull分布統(tǒng)計 177
6.3.3 應變場中非均勻性的演化 180
6.4 非均勻性波動傳播 186
6.4.1 碳化硼顆粒體系中非均勻性壓縮帶演化 186
6.4.2 碳化硼固體中損傷導致的非均勻性演化 188
6.5 巖石壓剪耦合波動方程 191
6.5.1 巖石壓剪耦合本構模型的特點 191
6.5.2 巖石壓剪耦合波動方程 192
6.6 巖石細觀非均勻壓剪耦合波動傳播 193
6.6.1 基于微力學的應力應變關系 193
6.6.2 壓剪耦合的應力應變關系 195
6.6.3 壓剪耦合的波動傳播 197
6.7 巖石熱力耦合波動方程 202
6.8 小結 205
參考文獻 206
第7章 巖石波動過程的量綱分析原理 207
7.1 引言 207
7.2 π定理與量綱分析 208
7.3 巖石波動過程中的無量綱量 209
7.4 巖石中無量綱量的演化律 211
7.4.1 時溫等效原理中的時間與溫度的演化 211
7.4.2 孔隙流動中特征頻率演化 212
7.4.3 侵徹過程中強度機制與壓縮機制的演化 214
7.4.4 巖石動態(tài)破壞過程中拉伸破壞與剪切破壞的演化 214
7.5 巖石動力學過程的量綱分析 215
7.6 小結 219
參考文獻 220
附錄2A 孔隙介質(zhì)模型 221