岩石的损伤力学及断裂力学综述

岩石的断裂力学及损伤力学综述

摘要：论述了国内外断裂力学及损伤力学的学科发展历程，总结了岩体断裂力学损伤力学的研究内容、研究特点以及岩石力学专家们一些年来所取得的主要成果，并简单介绍了断裂力学损伤力学在岩土工程中的实际应用。最后，通过对岩石破坏的断裂-损伤理论的阐述，指出了综合考虑损伤与断裂的破坏理论是能更好地反映岩石实际破坏过程的一种新的理论, 可在以后的理论研究和实际工程中得以更为广泛的应用。

关键词：岩石 断裂力学 损伤力学 应用

1 引 言

岩石的破坏过程总是伴随着损伤(分布缺陷)和裂纹(集中缺陷)的交互扩展, 这种耦合效应使得裂纹尖端附近区域材料必然具有更严重的分布缺陷。岩石的破坏, 如脆性断裂和塑性失稳, 虽然有突然发生的表面现象, 但是, 从材料损伤的发生、发展和演化直到出现宏观的裂纹型缺陷, 伴随着裂纹的稳定扩展或失稳扩展, 是作为过程而展开的。

经典的断裂力学广泛研究的是裂纹及其扩展规律问题。物体中的裂纹被理想化为一光滑的零厚度间断面。在裂纹的前缘存在着应力应变的奇异场,而裂纹尖端附近的材料假定同尖端远处的材料性质并无区别。象裂纹这样的缺陷可称它为奇异缺陷,因此经典断裂力学中物体的缺陷仅仅表现为有奇异缺陷的存在。 而损伤力学所研究的是连续分布的缺陷, 物体中存在着位错、微裂纹与微孔洞等形形色色的缺陷,这些统称为损伤。从宏观来看, 它们遍布于整个物体。这些缺陷的发生与发展表现为材料的变形与破坏。损伤力学就是研究在各种加载条件下, 物体中的损伤随变形而发展并导致破坏的过程和规律。

事实上, 物体中往往同时存在着奇异缺陷和分布缺陷。在裂纹(奇异缺陷)附近区域中的材料必然具有更严重的分布缺陷, 它的力学性质必然不同于距离裂纹尖端远处的材料。因此, 为了更切合实际, 就必须把损伤力学和断裂力学结合起来, 用于研究物体更真实的破坏过程。

2 断裂力学

2.1 断裂力学学科发展

“断裂力学”指的是固体力学的一个重要分支，该学科要在假定裂纹存在的条件下，寻求裂纹长度、材料抗裂纹增长的固有阻力、以及能使裂纹高速扩展从而导致结构失效的应力之间的定量关系[]1。

断裂力学最早是在1920年提出的。当时格里菲斯为了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的实际强度比理论强度低的原因，提出了在固体材料中或在材料的运行过程中存在或产生裂纹的设想，计算了当裂纹存在时，板状构件中应变能变化进而得出了一个十分重要的结果：常数≡a c δ。

1949年，奥罗万在分析了金属构件的断裂现象后对格里菲斯的公式提出了修正，他认为产生裂纹所释放的应变能不仅能转化为表面能，也应转化为裂纹前沿

的塑性应变功，而且由于塑性应变功比表面能大得多以至于可以不考虑表面能的影响，其提出了以下公式：

常数）（=≡2/1c /2a λδEU

该公式虽然有所进步，但仍未超出经典的格里菲斯公式范围，而且同表面能一样，应变功U 是难以测量的，因而该公式仍难以应用在工程中。

断裂力学的重大突破应归功于欧文应力场强度因子概念的提出，以及以后断裂韧性概念的形成。1957年，欧文应用Westergaard ·H ·M 在1939年提出的解平面问题的一个应力函数求解了带穿透性裂纹的空间大平板两向拉伸的应力问题，并引入应力场强度因子K 的概念，随后又在此基础上形成了断裂韧性的概念，并建立起测量材料断裂韧性的实验技术，从而奠定了线弹性断裂力学的基础。 断裂力学的研究内容：①裂纹的起裂条件。②裂纹在外部载荷和（或）其他因素作用下的扩展过程。③裂纹扩展到什么程度物体会发生断裂。另外，为了工程方面的需要，还研究含裂纹的结构在什么条件下破坏；在一定荷载下，可允许结构含有多大裂纹；在结构裂纹和结构工作条件一定的情况下，结构还有多长的寿命等。

2.2 岩石断裂力学的研究特点

岩石断裂力学是岩石力学的新的分支学科，是研究岩石断裂韧性和断裂力学在岩体中应用的科学。它也包括两个内容：分析裂缝端部的应力场和位移场； 确定岩石断裂韧度。由于断裂力学逐渐被许多岩石力学工作者所接受，近年来这方面的研究成果显著增加。当前岩石断裂力学的主要问题也是合理地确定岩石断裂韧度。

近几年来，在金属断裂研究与应用方面，开展了许多工作。对于裂纹岩石断裂的研究和应用，国外也已引起高度重视，但国内尚处于初始阶段。许多采矿工程中的实际问题，如矿山地压，井巷破坏，采场顶板的下沉与管理，岩层移动，露天矿边坡的稳定性，岩石断裂机理等等，都将提到岩石断裂力学研究的日程上来。可以预料，断裂力学将在矿山工程实际应用方面表现出强大的生命力。

2.3 岩石断裂力学的工程应用

（1） 岩石断裂力学在地震研究中的应用

由于浅源地震过程，本质上是地壳岩石大规模的断裂过程，所以引用断裂力学来研究地震，便成为人们所注意的向题。在这方面，国内已经做过不少工作。例如把断裂力学中的应变能释放率公式和位移公式与震级一能量公式用来求得震源参数与地壳岩石应力状态之间的关系，以服务于地震预报的目的[]2；又如采用流变一断裂模型，来解释余震序列的时间滞后特性[]3；再如用断裂力学理论分析圆盘裂纹稳态扩展条件，进而讨论断层参数、应力场参数和岩石物理力学特性参数与膨胀现象间的关系，以解释有的地区震前没有膨胀现象而有的地区震前却有强烈的膨胀现象[]4。目前金属断裂力学多注意拉应力的作用，但用到多裂隙介质的岩石中来时，则多是断裂面处在压应力下的断裂力学问题，会具有自己的特点，这方面似需作许多进一步的工作。

（2）断裂力学对改进重力坝剖面的设计和稳定分析方法极有前途现行重力坝设计规范规定，在正常荷载作用下，上游面不应出现拉应力。空腹坝坝踵应力状态更为复杂，又无明确规定。因此国内一些空腹坝不得不把距坝基以上3 米高处上游面拉应力为零作为设计基准。实际坝踵是应力奇点，用连续介质力学分析其应力是困难的。视坝踵为V 型切口，用断裂力学方法分析其开

裂条件是可行的[]5。

对于较完整岩基上的重力坝，坝与基岩胶结面显然是大坝的薄弱环节。试验已证实，在胶结面上存在一定的凝聚力。同时，由于施工缺陷、应力集中等原因，胶结面上可能存在裂缝。因此坝踵开裂后至大坝失稳前，裂缝沿胶结面有一个发展过程。用断裂力学方法分析坝的稳定性，研究裂缝的止裂条件和剩余韧带区的强度条件，可能比目前采用的剪摩或纯摩公式更为接近实际。目前国内外都在研

究这个课题[]7,6。上述方法原则上也适用于岩质边坡和拱坝坝肩稳定分析。

2.4 岩石断裂力学中存在的主要问题

目前，岩石断裂力学的研究与应用存在问题不少，难度较大，尚待作出巨大的努力。今后应该着重探讨下列问题：a在受压下，岩体内裂纹闭合，边界条件发生变化，因此，必须发展脆断模拟与弹塑性断裂模拟，进行闭合裂纹尖端应力场与位移场的解析研究以及分支裂纹端应力强度因子的计算研究；b岩石材料的本构关系；c岩石在各向受压条件下的断裂机理；d岩石在单轴或多轴压缩下的复合型断裂判据；e 建立岩石静、动态断裂韧性测定的标准方法，探讨各类岩石断裂韧性与传统力学性能的关系；f现场岩体内裂纹的监测手段与防断措施，；g非均质、各向异性与加载速率等因素对岩石断裂的影响。

3 损伤力学

3.1损伤力学学科发展

损伤力学是固体力学的一个重要的分支学科，是应工程技术的发展对基础学科的需求而产生。它经历了一个从萌芽到壮大的过程，到现在已成为一个集中固体力学前沿研究的热门学科。在金属材料、复合材料和岩土工程等领域得到应用和发展，并为研究岩石的力学性质、损伤破坏机理提供了新的研究思路和有效的研究方法。岩石损伤力学理论在国内外都得到了长足的发展，研究成果斐然。

国外最早提出了损伤力学的思想的是 Kachanov（1958），但首先提出岩石损伤力学的是 Dougill（1976）。

我国学者对岩石损伤力学也进行了大量的研究。国内最早从事岩石损伤力学方面的研究工作和首先提出分形损伤力学理论的是谢和平，他基于岩石微观断裂机理和蠕变损伤理论的研究，把岩石有限元分析和材料损伤结合起来，形成了岩石损伤力学的理论体系。他首次发展了分形几何，并将岩石微损伤与宏观断裂用分形几何联系，定量描述了岩石类材料的损伤，提出了分形损伤力学理论。

目前损伤理论已在能源、交通、军工等众多领域中得到广泛的应用。损伤力学认为材料内部都或多或少地存在着一定的原始缺陷，材料的破坏过程就是这些原始缺陷在外力作用下的发展和演化过程。研究材料在外载、温度与环境的作用下，材料中微观空洞、初始损伤成胚、孕育、扩展、汇合成宏观裂纹，同时引起

材料的强度、刚度、韧性下降及寿命缩短，就是损伤力学研究的课题。所以损伤力学就是研究各种加载条件下，物体的损伤随着变形而发展并最终导致破坏的过程和规律。

岩石损伤力学研究的重点是建立损伤变量(张量) 和损伤扩展本构关系。这就涉及岩石材料的损伤检测与识别问题。自从Sprunt Brace (1974) 将扫描电镜技术引入岩石破裂研究以来，我国学者在这方面进行了大量的研究工作。许江等(1986) 采用带有加载装置的光学显微镜进行了砂岩在不同加载阶段的损伤裂纹分析；谢和平(1989) 对岩石在各种加载条件下破坏断口进行分析；孙钧(1992) 、赵永红(1993) 分别采用带有微型加载装置的扫描电镜对岩石的微损伤扩展进行研究。并用于三峡船闸高边坡闪云斜长花岗岩的损伤扩展分析(1997) 。这些研究有力地推动了岩体损伤力学的发展，特别是在岩石损伤机理的解释方面起到了积极作用。近年来，杨更社等(1996) 在岩石损伤的CT 识别方面进行了偿试性的

研究[]8。CT 识别岩石损伤不但可以无扰动岩样损伤检测，更重要的是通过CT 图

像、CT 数大小和CT 数定量地与岩石损伤变量和损伤扩展联系起来，为建立岩石损伤扩展本构关系奠定了基础。杨更社等(1998) 还将这一技术应用于三峡船闸高边坡闪云斜长花岗岩的损伤检测。

3.2 岩石损伤力学的研究特点

以岩体的节理的分布与组合为基础，建立节理岩体的初始损伤张量，将岩体的几何特性及其力学特性相联系，为岩体强度的预测与评价做出有根据的理论基础，在此基础上提出损伤的扩展和演化方程，并以此进行岩体随机损伤场的有限元法分析。这样，应用于节理岩体的损伤力学分析方法是连续介质力学与有限单元法，将各种方式发展的岩体不连续性及其影响有效地进行宏观模拟，这是岩体损伤力学区别于其他的工程力学分支的显著特点。

损伤力学选取合适的损伤变量（可以是标量、矢量或张量），利用连续介质力学的唯象方法或细观力学、统计力学的方法，导出含损伤的材料的损伤演化方程，形成损伤力学的初、边值问题的提法，并求解物体的应力场、变形场和损伤场。

损伤力学按其和材料细观结构的紧密程度可分为唯象损伤力学、准唯象损伤力学、细观损伤力学、细观计算损伤力学。对面向工程的岩体力学而言，应着力发展各向异性损伤模型，在准唯象损伤力学的框架下进行研究。岩体损伤力学另一个发展方向是在应力场、渗流场、温度场、地质环境影响等多场耦合问题，并从中发挥核心作用。

一直以来，人们对岩石宏观力学性能的劣化直至破坏全过程的计算方法、损伤机理、本构关系和力学模型都非常重视，在力学试验的基础上用各种理论和方法进行了研究，取得了丰硕的成果。但是，这些研究几乎都是从唯象学的角度来考察岩体或岩石的强度、变形和损伤破坏等宏观力学特性，忽略了岩石材料内部复杂的细观结构，不能准确描述岩石的细观演化特征，因此难以真实地揭示岩石宏观变形和损伤破坏的机制。岩石材料力学性能的研究是建立在试验基础上，不但需要花费大量的人力、财力和物力，而且往往受试验条件、环境条件等的限制，因此所得到的试验结果很难真实的反映岩石材料的力学特性。为了解决以上问题，以细观层次为基础的岩石损伤演化过程数值模拟方法应运而生。

从本质上讲，岩石的力学行为是由其内在的细观结构所决定的，尤其是受岩

石细观结构损伤及其演化、发展的控制，其宏观的损伤破坏行为是由于细观尺度上的损伤不断累积和发展的最终结果。因此，除了从宏观尺度对岩石材料的力学性能进行进一步研究外，还应从岩石材料的细观结构出发，通过对细观结构变化的物理和力学过程的分析来研究岩石的细观损伤及其演化过程，并结合理论和试验成果建立力学模型，利用岩石细观损伤数值模拟的研究方法揭示岩石损伤演化过程及其破坏机理。

因此，根据岩石所处的天然地质环境、组构特性及其损伤破坏的力学机理，应用细观损伤力学的基本原理、理论思想和研究方法，更加真实地描述弹脆性岩石细观损伤演化特征，对预测岩石的强度、变形与损伤破坏等宏观力学特性、分析岩石断裂失效先兆、预测岩石动力学灾害的发生前兆都具有重要意义。

沈珠江院士指出，土体结构性问题是21世纪土力学的核心问题[]9。这个提

法无疑也适用于岩体和岩石力学，由于岩体结构造成的岩体宏观各向异性力学特性远较土体显著，在岩石力学里解决这一问题要求也显得更为迫切，意义也更为重大。岩石力学成为一门独立学科，其基本依据之一是承认岩体结构对岩体宏观力学特性的主导作用，这一基本依据应该反映到岩石力学中最核心、最敏感的部分---- 本构关系中去，显然这一任务需要在损伤力学的框架下完成。

3.3 岩石损伤力学在工程应用中的问题

在外载作用下，岩石的破坏过程一方面是由于材料内部已存在的裂纹被激活扩展，而另一方面就是材料内部的应力超过了材料的抗拉或抗剪强度而产生新的裂纹导致材料被拉断或剪坏。因为岩石是一种抗压强度远远大于其抗拉和抗剪强度的材料，所以岩石基本上都是被拉断或剪断的，对于岩石这种明显的脆性材料，主要是考虑其在外载作用下的拉伸破坏和剪切破坏。

无庸讳言，和岩土塑性力学相比，岩体损伤力学目前基本上还停留在研究阶段，尚未成为一种有效的设计工具。在经历长期大量的研究后，这种停滞现状的原因是值得探讨和关注的，毕竟损伤力学研究的最终目的是工程应用。作者认为其中主要原因之一是研究和实际相互脱节造成的。目前损伤力学的研究重点的主要是针对弹脆性材料，损伤的宏观效果主要体现在材料刚度的折减上，损伤的细观机制一般解释为裂纹扩展。而实际情况是，工程岩体的工作状态多为压剪状态，此时岩体宏观上具有很强的塑性流动特征(这也是岩土极限分析的基本依据)，岩体内耗散的细观机制主要为裂纹摩擦。也就是说，在压剪状态下岩土塑性理论就能很好地描述岩体变形特征；在拉剪情况下，岩体确实表现为弹脆性，但此时损伤稳定扩展的范围非常窄，考虑损伤演化的意义并不大，采用最大拉应力准则即可。所以唯象的岩土屈服准则对岩体力学特性的把握是成功的，以此为基础的弹塑性分析一般能满足工程分析的精度要求。

4 岩石破坏的断裂-损伤理论

人们对岩石的损伤问题进行了大量的研究，已取得了初步的成果。自从岩石形成以来，经历了漫长的地质历史变迁，也经受了多次构造运动，这就导致了岩石的结构特征和力学特性的复杂性。在结构方面，岩石中包含了许多地壳历史留下的痕迹，如裂纹、节理、层理、软弱夹层和断层等，此外岩石中也包含了许多微裂纹、孔洞等；在力学性能方面，岩石承受着现场地应力和历史上残留应力的双重作用，表现出不同的缺陷，使得岩石材料不能达到理想的强度。由此可见，

岩石在宏观的裂纹出现以前，就已经产生了微观裂纹和微观孔洞，可以把这些微观缺陷的出现和扩展称为损伤。

断裂力学则只研究固体中裂纹型缺陷扩展的规律，却无法研究分析宏观裂纹出现以前材料中的微缺陷或微裂纹的形成及其发展对材料力学性能的影响，而且许多微裂纹的存在并不能简化为宏观裂纹，这是断裂力学理论本身的局限性。损伤力学的产生从某种程度上弥补了断裂力学的这种不足，它主要是在连续介质力学和热力学的基础上，采用固体力学方法，研究材料宏观力学性能的演化直至破坏的全过程。

事实上，在物体的破坏过程中，往往同时存在损伤( 分布缺陷) 和裂纹( 奇异缺陷) ，而且在裂纹尖端附近的材料必然具有更严重的分布缺陷，其力学性质必然与距裂纹尖端远处不同，因此，为了更切合实际，就必须把损伤力学与断裂力学结合起来研究物体的破坏过程。

通过上面的讨论，可以看出在对岩石等材料的破坏过程进行研究时，仅仅利用断裂力学或损伤力学的理论是不够的，它们中的任何一个都不能很好地反应出岩石在外载荷作用下的实际破坏过程，而只有更好地把两者统一地结合起来才能对岩石的实际破坏过程有一个更加切合实际的描述。然而岩石在外载荷作用下的破坏过程，是一个复杂的、包含损伤与断裂共同作用的力学过程，这两种状态通常是相互包含、相互作用。所以，在实际分析问题时，不应该强调二者的具体分工，而应根据实际情况，更好地把两者结合起来。目前也有很多文献，把损伤与

断裂结合起来考虑问题，提出了综合考虑材料损伤与断裂的破坏力学理论[]11,10，该理论也已在实践中得到了一定的应用[]13,12。可以相信，在不久的将来，将损伤

理论与断裂理论结合起来的破坏理论一定会在工程实践和理论研究中得到更为广泛的应用和更大的发展。

5 结语

1) 岩石可视为一种非均质的多相复合结构, 而且天然存在各种大量的缺陷, 且这些缺陷的分布具有一定的随机性。岩石在受到外界作用以后, 弥散在岩石内部的微缺陷不断变化, 在部分区域出现贯通, 进而形成宏观裂缝, 导致岩石失稳破坏。2) 岩石的破坏过程是非常复杂的, 如果只是单纯用经典弹塑性力学或断裂力学的方法来描述, 将难以获得理想结果, 因此在岩石强度理论研究中引入了损伤力学的方法, 以便最终建立宏、细、微观多层次耦合的岩石强度理论。3) 岩石力学特性的复杂性在于其组织结构的各向异性导致的非线性特点, 只有摆脱传统线性分析的束缚, 寻求非线性分析手段, 才有可能使岩石力学的研究向前迈进。4) 将系统论、控制论、信息论等引入岩石力学研究中, 并发挥计算机技术在数值计算、虚拟现实等方面的优势, 可促进岩石强度理论分析及应用的新发展。

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土木工程（代码：0814）培养方案 一、学科简介及方向 广西大学土木工程学科创办于1932年，具有悠久的办学历史，曾为我国中南、西南乃至台湾地区的土木工程学科发展培养了一批领军人才，做出了突出贡献。经过80多年的历史沉淀、建设和发展，特别是国家“211工程”连续三个五年计划的重点建设和中西部综合实力提升计划的支持，本学科拥有良好的实验基地和科研条件，在人才培养、科学研究、师资队伍建设等方面取得显著成就，其中的结构工程学科连续入选“十五”、“十一五”国家重点学科，2013年土木工程学科入选广西优势特色重点学科。近10年学科相继获得了土木工程博士后流动站、土木工程一级学科博士点、土木工程一级学科硕士点、建筑与土木工程领域专业硕士点、工程防灾与结构安全教育部重点实验室、广西防灾减灾与工程安全重点实验室、广西省级创新团队——工程防灾与结构安全广西人才小高地。2012年获批增设土木工程一级学科下的二级学科博士点——建筑与城市环境技术，开始培养建筑技术、建筑设计与建筑历史、城乡规划等领域的人才。当前已经形成了一个师资队伍强、教学条件好、人才培养质量高、科技攻关能力强，且具有鲜明特色的土木工程学科，综合实力区内领先、国内先进，并具有一定国际影响力的土木工程学科。 土木工程一级学科硕士点下设五个二级学科：1．结构工程；2．岩土工程；3．防灾减灾工程及防护工程；4．桥梁与隧道工程；5．建筑与城市环境技术。 有研究方向如下：1．混凝土、预应力混凝土结构及高层建筑结构；2．工程结构分析、设计及施工控制；3．钢结构及组合结构；4．土木工程防灾与减灾；5．道路桥梁工程设计理论与施工方法；6．桥梁结构抗风与抗震评估理论；7．地下工程；8．特殊岩土与工程；9．地域建筑及设计技术；10．城乡规划设计与生态环境保护。 二、培养目标 培养适应我国现代化建设需要的德智体全面发展的高级专业人才，要求：1．较好地掌握马列主义基本原理、毛泽东思想和邓小平理论，树立辩证唯物主义世界观、坚持四项基本原则、热爱祖国、遵纪守法、品德高尚、学风严谨，具有良好的科学和职业道德，有良好的心理素质和较强的事业心。 2．掌握土木工程学科领域的基本理论、系统的专门知识和必要的工程实践知

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Ansys断裂力学 裂纹和瑕疵在很多结构和零部件中会出现，有时会导致严重的后果。断裂力学就是研究裂纹扩散问题的学科。 12.1 断裂力学的理解 断裂力学就是解决结构在外载荷作用下，裂纹和瑕疵如何扩散的问题。它包含裂纹扩散相应的解析预报和实验结果验证。解析预报是通过断裂参数的计算得出的，如裂纹区域的应力强度因子，它可以用来评估裂纹的生长率。最具典型的是，裂纹的长度随着一些循环载荷的每一次作用而增长，如飞机上机舱的增压-减压。另外，环境的情况，如温度或光线的照射等，都会影响某些材料的断裂性能。 在研究中，断裂问题需重点研究的典型参数如下： ●应力强度因子（K I, K II和K III），是断裂的三个基本形式。 ●J-积分，是一种不受线路影响的线积分，用来测量裂纹端点的奇异应力和应变。 ●能量释放率（G），它代表裂纹开始和终止处的能量的大小。 12.2 求解断裂力学问题 求解断裂力学问题包括执行线弹性或弹塑性静态分析，以及使用专用的后处理命令或宏来计算需要的断裂参数。此处分成两个部分来介绍： ●裂纹区域的建模 ●计算断裂参数 12.2.1裂纹区域的建模 断裂模型中最重要的部分就是裂纹边界的部分。在ansys中，在二维模型和三位模型中，分别将裂纹的边界看成是裂纹端点和裂纹前端。如图12.1所示。 r是距离裂纹端点的长度。裂 裂纹面应该是重合 纹端点处的应力和应变是奇异的， 的，裂纹端点（或裂纹前端）附近的单元应该是二次的，即角点之间有中间节点。这种单元被称为奇异单元。

12.2.1.1 二维断裂模型 二维断裂模型的推荐单元类型是PLANE2，6节点的三角实体单元。裂纹端点附近的单元的第一行是奇异的，如图12.2（a）所示。前处理模块PREP7的命令(Main Menu> Preprocessor> Meshing> Size Cntrls> Concentrat KPs> Create)可以定义某关键点附近的单元划分的大小，在断裂模型中特别有用。它在指定关键点附近可以自动生成奇异单元。此命令的其他域可以控制单元第一行的半径，在圆周方向的单元的数量等。图12.3为命令KSCON 生成的断裂模型。

北航博士研究生培养方案

交通科学与工程学院 道路与铁道工程（082301） 博士研究生培养方案 一、适用学科 道路与铁道工程(081401) 二、培养目标 1．坚持党的基本路线，热爱祖国，遵纪守法，品行端正，诚实守信，身心健康，具有良好的科研道德和敬业精神。 2．适应科技进步和社会发展的需要，在本学科上掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；熟练掌握一门外语；具有独立从事科学研究的能力；具有良好的综合素质。 3．在科学或专门技术上做出创造性的成果。 三、培养方向 1.道路与铁道工程的检测与加固； 2.土木工程结构分析与设计理论； 3.岩土本构理论及工程应用； 4.土木工程施工技术与材料； 5.工程结构仿真。 四、学制 学历博士研究生学制为3年。 博士研究生一般在入学后1年内完成课程学习，应在文献综述与开题报告前完成课程学分，应在博士论文答辩前完成全部学分和培养要求的有关环节。 鼓励博士研究生从入学开始就进行学位论文研究工作；文献综述与开题报告至申请学位论文答辩的时间间隔不得少于1年。 五、知识结构、课程设置与学分要求 1．知识结构要求 （1）基础理论与专业基础知识 高等工程数学与数学基础（数值分析、数理统计、矩阵理论、最优化理论与算法、数理方程、常微分方程、数学试验），专业基础知识（变分与有限元素法原理、高等混凝土结构、高等土力学、高等土木工程材料学、高等结构动力学、工程结构可靠度、工程塑性力学）。 （2）专业综合知识 混凝土结构非线性分析，高等钢结构，混凝土徐变力学，基础工程学，建设项目管理，高等岩石力学，建筑结构健康诊治，混凝土结构试验，岩土工程测试技术，建筑结构无损检测技术，土动力学，建筑结构有限元分析与应用，组合结构，城市地下工程，理论土力学与现代岩石测试技术，道路与铁道工程学科综合课。 （3）学科前沿与交叉学科知识 现代工程结构进展，材料科学进展，空间数据处理，科技信息检索与利用，科学

《改造传统农业》读书报告20136381

读书报告 班级：农经201302 姓名：唐小东 学号：20136381

“一旦有了投资机会和有效的鼓励，农民将把黄沙变成黄金。”舒尔茨一句话，可谓画龙点睛，使本书的主旨一目了然。<<改造传统农业>>是在发展中国家农业问题方面的一本最重要的著作。作者反对轻视农业的看法，强调现代化农业对经济增长的作用，并从三方面进行了分析：传统农业的基本特征是什么？传统农业为什么不能成为经济增长的源泉？如何改造传统农业，全书对发展中国家农业问题的论述正是围绕这三个问题展开的。 在刘易斯著名的二元经济结构模型中，农业的作用只是为工业扩张提供免费的劳动力。舒尔茨坚决反对轻视农业的观点，在他看来，农业决不是那么消极无为，相反，它可以成为经济增长的原动力。但舒尔茨同时也强调，对于经济增长，传统农业很难作出什么贡献，只有现代化的农业，才可以推动工业的发展。因此，如何把传统农业改造成现代农业，也就顺其自然地成了要讨论的中心问题。传统农业究竟“传统”在哪里呢？舒尔茨认为，在漫长的封建社会里，统治者为了维护自己的切身利益，竭力阻碍技术进步，压制工业发展，农民变革屡受打击后，思想被禁锢、安于现状、墨守成规，对技术创新失去兴趣。他们世世代代使用相同的生产要素，技术水平无法得到提高，不可能进一步增加产量。这是传统农业的基本特征，它导致的后果是生产率低，产出低，农民收入自然就微薄，生产出来的东西，除了满足温饱外，所剩无几。但这，是否就意味着资源配置效率低呢？ 许多政府官员和经济学家的观点，几乎是众口一词，认为农民之所以贫穷，是因为农民没有经济头脑，又缺乏管理知识，不能充分利用现有资源。还特此，如果派专家深入到农村中去，把农民组织起来，帮助他们重新配置现有资源，采用西方先进的生产技术，那么，效率可以大幅提高，产量也会随之增加，贫穷落后的农村就可以因此改变。但舒尔茨却不这么认为，他认为，在传统农业中，农民并不愚昧，他们精明能干，锱铢必较，时刻盘算着怎样才能少投入，多产出，生产要素在他们手里，被配置得恰到好处，达到了最佳状态，即便是学识渊博的专家，也不可能再作哪怕是一点点改进。所以，企图通过重新配置现有生产要素，来改变传统农业，是无法实现的。既然传统农业中资源配置合理，那它为什么停滞不前，不能成为经济增长的动力呢？一般认为，这是因为农民铺张浪费，没有节约的习惯，特别是婚丧喜事大操大办，逢年过节铺张浪费，另外，缺少精明、善于投机的商人，所以储蓄少，投资低。但舒尔茨认为，投资低的现象的确存在，但其根源不在于储蓄少或缺少企业家，而在于投资收益率太低，刺激不了人们投资的积极性，结果传统农业毫无生机。 作为改造传统农业的关键因素，新的生产要素有供给者，也有需求者。供给者开发新的生产要素，并提供给农民。由于气候、土地等条件的限制，发达国家的农业生产资料，对于发展中国家来说，不是拿来就可以用，而是要经过研究和改造，才能使之适应于传统农业社会，能够担当起这一重任者，就是新生产要素的供给者。不仅如此，他们还可以利用现有的科学知识，生产出新的生产要素。舒尔茨认为，是这些新生产要素的供给者掌握着经济发展的“钥匙”。早在几年前，中国社会科学院社会学研究所曾作了一个关于社会中，人们对各类职业评价的问卷调查。其中调查结果，排在最后一位的是农民工，没有人选择农民。研究者痛心疾首指出，之所以有人选择农民工，不是他们真的喜欢，而是因为他们还是没有的其他更好的选择，改造中国的传统农业已刻不容缓，三农问题，已喊了多少年，但农民却没有从中受益多少。或许，我们从开始的思路就剑走了偏锋。改造传统农业，是一项宏大的工程，而不是简单的写在纸上，流于会议的几点认识、几点主张上。 如果以学术的视角来看，或许我们的说法更有说服力。有人以为改造传统农业，就是农业的机械化。的确，改造传统的农业需要机械，但未必是机械化，因为我们不能不考虑自己的实际情况。正如舒尔茨所指出的改造传统农业的关键在于提高农业的边际收益，而如何提高则是一个必须回答的难题。提高农业的边际收益，涉及到各个方面，有改造农业的整体环境的努力，有提高农民素质的努力，还有改善农业的经营方式的努力等。而这些正是舒尔茨在《改造传统农业》中向我们介绍的，舒尔茨从划分农业的生产活动出发，研究了传统农业与现代

储层岩石力学概述

储层岩石力学概述 发表时间：2019-09-11T14:30:47.063Z 来源：《基层建设》2019年第11期作者：王祥程 [导读] 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。 成都理工大学能源学院 610059 摘要：岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。深入了解研究岩石力学的性质和相关参数对于工程上的开发具有十分重要的作用。 关键词：岩石力学；石油工程；研究方法 1. 岩石力学的概述 岩石包括组成岩石的固体骨架、孔隙、裂缝以及其中的流体，因此岩石力学往往会应用到弹性力学、塑性力学、流体力学、渗流力学等力学学科的诸多理论方法。岩石的性质几乎牵涉到所有力学分支，岩石力学的研究是各种力学理论的综合运用。不同岩石力学问题的研究，可能包括瞬时变形运动，也可能包含与地质演化时间相关的长期变形运动。 岩石力学是力学的一部分。岩石材料赋存于地下，其力学性质难于直接测试和观察，而若将其取至地面进行测试则岩石的力学性质往往发生了较大的变化，加之岩石中的流体存在于裂隙或孔隙之中，与岩石骨架相互作用，使岩石的受力情况更加复杂。 2.岩石力学的研究方法 岩石力学是一门边缘交叉学科，它与工程实践密切联系而得到发展。岩石具有特殊的固体介质力学特性，这个特殊的力学性质与它所处的环境有关，如天然岩石所处应力状态一般称为岩石的初始应力状态。在岩石受到工程活动扰动后，岩体的应力出现了变化，这时岩石所处的应力状态称为次生应力状态。此时将岩石力学和工程地质相结合进行研究是十分重要和必要的。对于节理岩体，特别需要了解岩体结构面的分布、网络特性、岩体结构类型，才能进行岩体的数值模拟和分析。 一般而言，岩石力学的研究方法可分为如下四大类： (1)地质研究方法：对岩体进行地质方面的研究始终是岩石力学研究的基础，在整个岩石工程过程中，地质性质的研究应当列在第一位。①岩石岩相、盐层特征的研究，如软弱岩体的成分、可溶盐类、含水蚀变矿物、不抗风化岩体成分以及原生结构。②岩体结构的地质特性研究，如断续结构面的几何特征、岩体力学特征、软弱面的充填物及地质特性。③赋存地质环境的研究，如地应力的成因、地下水分布与化学特征以及地质构造对环境的影响。 (2)物理力学研究方法：①岩体结构的探测，应用地球物理化学方法和技术来探查各种结构面的力学特征和化学特征。②地质环境的物理性质分析与测量，如地应力的形成机制及分布、地质环境中热力与水力存在的性状、水化学的分布特征，应用大规模地质构造层析技术、地质雷达探测技术确定岩体构造。③岩体物理力学性质的测定，如岩块力学特性的室内试验、原位岩体的力学性质测试、钻孔测试、工程变形监测、位移反分析等。主要运用的手段是基于震动的动态测试，如超声波测试、地震波测试、电磁波测试、计算机层析方法(CT)测试。这些测试利用岩体的波动特性，来研究岩体的力学特性。 (3)数学力学分析方法：岩石力学的研究，除了以上地质方法、物理力学方法的研究外，还要进行数学力学方法研究，从而构成岩石力学的理论基础，包括：①岩石本构关系的研究-对岩石进行宏观到细观甚至微观的力学特性研究。②数值分析方法。由于计算机计算性能的发展，岩石力学的数值分析方法得到了大力发展。在数值分析方法方面，由岩体连续力学发展到非连续力学，出现了离散元法(DEN)和不连续变形分析法(DDA)、流形法(BEM)、无单元法(EFM)和快速拉格朗日法(FLAC)。③多元统计和随机分析。这两种方法可以深人地研究因岩体介质的随机分布特性而造成传统方法难以解决的问题。④物理和数值模拟仿真分析。 (4)整体综合分析法：就整个工程进行多种分析的方法，并以系统工程为基础的综合分析。 3.石油工程岩石力学研究对象及特点 石油工程岩石力学所研究的，所涉及的地层深度大多在8000m范围内，研究对象主要是沉积岩层，岩石处于较高的围压、温度和孔院压力作用下其性质已完全不同于浅部地层，它可能经过脆-塑性转变成塑性，也可能由于高孔院压力的作用呈现脆性破坏。 (1)石油工程岩石力学所涉及的围压可达200MPa。非均匀的原地应力场形成了地层之间的围压，若垂向应力源于地层自重，那么应力梯度平均为0.023MPa/m，多数地区最大水平应力往往大于垂向应力，且两个水平地应力梯度的比值通常达到1.4~1.5以上。在山前构造带地区，不但地应力梯度高，最大和最小水平地应力的比值也很大。因此在研究地应力分布规律(包括数值大小及主方向)时，主要依靠水力压裂、岩石剩磁分析、地震和构造资料反演、测井资料解释等间接方法。 (2)石油工程岩石力学所涉及的温度可达250℃。一般的地温梯度是3℃/100m，高的可超过4℃/100m，具体的地温梯度往往需要实际测定。当温度超过150℃后，温度对岩石性质的影响将变得十分明显。 (3)石油工程岩石力学中所涉及到的孔隙和裂隙中的高压流体的孔隙压力可高达200MPa.一般情况下，常规的静水孔隙压力梯度为 0.00981MPa/m,但是异常高压可超过0.02MPa/m。 4.结束语 岩石力学是一门十分重要的，它涉及到了工程领域的各个行业。因此，正确理解学习岩石力学的理论知识以及探究其影响等具有十分重要的意义。 参考文献 [1]王路,徐亮,王瑞琮.岩石力学在石油工程中的应用[J].石化技术,2017, 24(3)：157-157. [2]陈勉.我国深层岩石力学研究及在石油工程中的应用[J].岩石力学与工程学报,2003,23(14)：2455-2462. [3]杨永明,鞠杨,刘红彬,etal.孔隙结构特征及其对岩石力学性能的影响[J].岩石力学与工程学报,2009,28(10)：2031-2038. [4]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16)：2882-2888. [5]陈德光,田军,王治中,etal.钻井岩石力学特性预测及应用系统的开发[J].石油钻采工艺,1995,17(5)：012-16. [6]王大勋,刘洪,韩松,etal.深部岩石力学与深井钻井技术研究[J].钻采工艺,2006,29(3)：6-10. [7]阎铁.深部井眼岩石力学分析及应用[D].2001. [8]陈新,杨强,何满潮,etal.考虑深部岩体各向异性强度的井壁稳定分析[J].岩石力学与工程学报,2005(16):2882-2888.

损伤与断裂力学论文

损伤力学研究的是材料内部缺陷的产生和发展引起的宏观力学效应以及缺陷最终导致材料破坏的过程和规律。1958年Kachanov在研究蠕变断裂时引入了损伤力学的概念，提出了“连续性因子”和有效应力。1963年Rabotonov在Kachanov基础上引入了“损伤变量”的概念，奠定了损伤力学的基础。在其后的二三十年中，各国学者对损伤力学的基本概念、研究方法、损伤变量的定义等做了大量的开创性工作，极大推动了损伤力学理论的进展。1976年Dougill将损伤力学从金属材料中引入到岩石材料，之后岩石损伤力学迅速发展，已成为当今岩石研究领域的热门课题之一。 岩石损伤力学的研究关键是定义材料的损伤变量及正确地给出演变规律的本构方程。能否得到合理的损伤演变方程和含损伤的本构方程关键是对损伤变量的定义是否合理，建立一个损伤模型的基本要求是能在实验中直接或间接确定与损伤演变规律有关的材料参数。 对损伤变量的定义，从损伤力学提出就开始进行广泛的研究，可从微观和宏观这两个方面选择。微观方面，可以选择裂纹数目、长度、面积和体积等；宏观方面，可以选择弹性模量、屈服应力、拉伸强度、密度等。 国内学者唐春安从岩体材料内部所含裂纹缺陷分布的随机性出发，利用岩石微元强度服从正态分布或Weibull分布的特征，用发生破坏的微元数在微元总数中所占的比例来定义损伤变量。 谢和平等将分形几何理论应用于岩石损伤研究中，将岩石损伤程度的增加看作是分形维数的增加，从损伤与断裂之间的联系方面定量的描述了损伤，从而创建了分形几何与岩石力学理论体系，提出了分形损伤力学理论。 从微观角度出发对损伤变量进行定义，不仅物理意义明确，而且能够比较真实地反映材料性能逐渐劣化，但是从微观角度定义的损伤变量难以量测。 Lamaitre基于弹性模量变化用无损杨氏模量和损伤杨氏模量定义损伤变量，谢和平和鞠杨等讨论了该损伤变量定义的适用条件，进行了修正。使基于宏观弹性模量定义的损伤变量在实际应用中比较方便，但这种定义方法需要事先知道材料的初始弹性模量，而且在实际的工程中很多材料都有具有初始损伤的。 谢和平、鞠杨等认为单元强度丧失实则为其粘聚力的丧失，即单元在经历一定的能量耗散后，其内部的损伤达到了最大值，与此同时微结构中的粘聚力完全丧失。国内外学者进行了大量通过能量分析的方法来描述岩体的破坏行为的研究。 另外还有学者使用CT技术在岩石损伤检测中的应用，并给出了一种基于

建筑与土木工程领域专业学位硕士研究生培养方案 .doc

建筑与土木工程领域专业学位硕士研究生培养方案 学位点简介 依托浙江省“十二五”重点学科—岩土工程学科和绍兴市重点科技创新团队—岩体工程创新团队，立足浙江建筑行业，以岩土工程和建筑工程为特色，在岩石力学与工程、隧道与地下工程、软土路基与道路工程、防灾减灾工程、土木工程施工技术与管理等领域取得了显著成果。现有专任教学科研人员45人，其中博士生导师4人，硕士生导师13人，正高11人，副高16人，博士学位教师23人，俄罗斯自然科学院院士1人，校外生产一线导师21人。近三年来，主持在研几十项高水平课题，科研经费充足。有土木工程专业实验室和基础实验室（共2 000m2），在建岩石力学与地质灾害实验中心（8000 m2，预计2016年7月建成），实验设备齐全，拥有一批高端的大型科研仪器， 为研究生培养提供强大的支持。 （一）培养目标和要求 建筑与土木工程领域全日制硕士专业学位是与本工程领域职业能力相联系的专业性学位。主要为工矿企业和工程建设部门等培养应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。依托学校“浙江省山体地质灾害防治协同创新中心”的资源优势、学科优势和科研优势，开展校校（所）协同培养、校企协同培养和国际协同培养。 具体培养要求如下： 1．较好地掌握马克思主义、毛泽东思想和邓小平理论，拥护党的基本路线和方针政策，热爱祖国，遵纪守法，具有科学严谨和求真务实的学习态度和工作作风，具有良好的职业道德和敬业精神，身心健康。 2．掌握建筑与土木工程领域坚实的基础理论和系统的专业知识；熟悉本领域的技术现状和发展趋势；具有一定的新技术、新方法、新工艺的研发创新能力，或具有运用新理论、新技术、新方法解决工程设计、工程施工、工程维护

材料的韧性及断裂力学简介

第二节材料的韧性及断裂力学简介 一、低应力脆断及材料的韧性 人们在对船舶的脆断、无缝输气钢管的脆断裂缝、铁桥的脆断倒塌、飞机因脆断而失事、石油、电站设备因脆断而发生重大事故的分析中，发现了一些它们的共同特点： 1.通常发生脆断时的宏观应力很低，按强度设计是安全的； 2.脆断事故通常发生在比较低的工作温度环境下； 3.脆断从应力集中处开始，裂纹源通常在结构或材料的缺陷处，如缺口、裂纹、夹杂等； 4.厚截面、高应变速率促进脆断。 由此，人们发现了传统设计思想和材料的性能指标在强度设计上的不足，试图提出新的性能指标和安全判据，找到防止脆断的新的设计方法。 传统的强度设计所依据的性能指标主要为弹性模量E、屈服极限σs、抗拉强度σb，而塑性指标延伸率δ和面收缩率φ在设计中只是参考数据，通常还会考虑应力集中现象，即使如此，设计的安全判据仍不足以防止脆断的发生，这说明材料的强度、塑性、弹性这些性能指标还不能完全反映材料抵抗脆断的发生。经过对众多脆断事故的分析和研究，人们提出了一个便于反映材料抗脆断能力的新的性能指标——韧性，从使脆性材料和韧性材料断裂所消耗的能量不同，归纳出韧性的定义为：所谓韧性是材料从变形到断裂过程中吸收能量的太小，它是材料强度和塑性的综合反映。 例如图l-2为球墨铸铁和低碳钢的拉伸曲线，可以用拉伸曲线下的面积来表示材料的韧性，即 图中可见，虽然球墨铸铁的抗拉强度σb比低碳钢高，但其断裂时的塑性应变εp确远较低碳钢小，综合起来看，低碳钢的韧性高。 图1-2 球铁和低碳钢拉伸曲线表示的韧性 材料的韧性可用实验的方法测试和判定。应用较早和较广泛的是缺口冲击试验，这种方法已经规范化。具体方法是将图1-3所示的缺口试样用专用冲击试验机施加冲击载荷，使试 样断裂，用冲击过程中吸收的功除以断口面积，所得即为材料的冲击韧性，以αk表示，单位为J/cm^2。目前国际上多用夏氏V型缺口试样，我国多用U型缺口试样。由于缺口冲击

工程断裂力学

工程断裂力学76 (2009) 709–714 内容列表可以在ScienceDirect期刊获得 工程断裂力学 杂志主页: https://www.sodocs.net/doc/84777192.html,/locate/engfracmech AA7075-T651在交变载荷下裂纹形核的显微结构形貌 H. Weiland a,*, J. Nardiello b, S. Zaefferer c, S. Cheong a, J. Papazian b, Dierk Raabe c a 美国铝业有限公司，100技术驱动,美国铝业中心，宾夕法尼亚15069，美国 b 诺斯罗普2格鲁曼公司AEW/EW系统，925 S，.牡蛎湾路，贝思佩奇，纽约11714，美国 c普朗克铁研究所，普朗克Stra?e 1,，杜塞尔多夫D 40237，德国 文章信息摘要 文章历史: 一系列由7075-T651铝合金制作的疲劳试验样品被打断成各种寿命的部分和2007年1月9日收到一定数量脱胶，破裂的粒子和在金属基体中的破裂决定了定量是加载周期的函数2008年11月24日收到修订后的形式根据发现，只有破裂的第二相粒子，在一个基体裂纹中形核。晶体学关于一个独2008年11月26日录入立的裂纹和它的三维形状是由在扫描显微镜下一系列的切片通过应用聚焦离子束2008年12月10日网上可获得粉末与取向成像显微技术结合决定。这些极限数据显示裂纹萌生方向，受金属基体 中扩展的裂纹的晶体取向影响。。 关键字： 裂纹萌生 AA7075 3D微观结构 疲劳 @2008爱思唯尔有限公司保留所有权利。 1.介绍 优化的铝合金对航天航空应用，需要定量的理解不同控制形核的显微结构特性和裂纹在金属基体中的扩展。此外，在整体部分，裂纹在连接处的停滞不是给定的，显微结构的作用变得越来越重要。需要定量的理解，在复杂微观结构下的损伤演化。 当前对于航空航天应用铝合金的发展，基于一个良好的理解，关于微观结构下破坏的相关性质影响，例如断裂韧性和疲劳[1-5]。然而，铝合金上个世纪上半年的发展，例如AA7075，主要使用Edisonian方法。尽管存在一些研究，关于老化条件对性能的影响，详细分析显微结构属性下控制裂纹形核和单调生长区间，或者在那时候开发的铝合金没有采用交变载荷。然而，在早期理论上可知，含铁第二相在5-50微米直径范围，一般被称为夹杂相，是裂纹的起始点位置[1]。因此，此后的铝合金发展包括减少铁和硅元素提高损伤的相关性质。另一方面，如果粒子密度减少，正如当前阶段铝合金，其他显微结构下的特征，例如晶界和晶粒取向，将有助于裂纹的形核和扩展。读者可以参考文献[1-5]，详细的讨论商业铝合金微观结构的损坏的影响。它必须指出，外推法得到的知识在Al-Cu系统（2xxx系列合金）不能容易的推测Al–Zn（7xxx系列合金），因为相和强化机制不同。 在目前的研究中，一部分数量脱粘和破裂的粒子，决定了一定数量是疲劳循环的函数，来自中断的疲劳试验。此外，破裂粒子在开裂基体中形核的尺寸和相关的裂纹长度是确定的。晶体学中关于裂纹和三维形状由来自一系列的切片通过聚焦离子束制粉和取向成像显微技术的结合决定。这些数据显示一开始裂纹的生长方向，同时由粒子周围的局部应力场和基体中正在生长的裂纹的晶向决定。 如今工作的目的，确定一定数量第二相粒子在交变载荷控制裂纹形核的作用，目的是确定以微观结构为基础，预测以这些合金制成的机身零件部分寿命。后者将另行公布。

2015-结构工程研究生培养方案

安徽建筑大学结构工程专业硕士学位研究生 培养方案 （专业代码081402）（2015年6月修订） 一、培养目标 1、努力学习和掌握马克思列宁主义、毛泽东思想、邓小平理论和“三个代表”重要思想；坚持四项基本原则，热爱祖国；遵纪守法，品行端正，作风正派，服从组织分配，具有开拓进取的精神，积极为社会主义现代化建设服务；具有实事求是、严谨的科学作风。 2、掌握结构工程学科坚实的基础理论、系统的专业知识和必要的技能；能熟练地运用本学科研究手段、测试技术和实验技术，对本学科的科学技术发展现状和趋势有基本的了解；有严谨求实勇于探索的科学态度和作风，具有从事本科学研究工作、教学工作和独立担负本门学科科研、设计和技术管理或其他工程技术工作的能力；能熟练运用计算机，能运用一门外国语，熟练地阅读专业文献资料和撰写论文摘要。 3、具有健康的身体和心理，能适应本专业工作需要。 二、研究方向 01混凝土结构理论及其应用 02钢结构设计理论及应用 03地下结构计算理论与应用 04现代预应力结构计算理论及应用 05超高层、大跨度空间结构理论 06工程结构安全理论与应用 07工程结构抗震理论与应用 08工程结构的现代施工技术 09安全工程 三、培养方式 1、导师应根据培养方案的要求，因材施教，要定期了解研究生的思想状况、学习和科研状况，严格要求，全面关心研究生的成长。 2、对硕士生的培养采取课程学习和论文工作相结合的方式。 3、整个培养过程应贯彻理论联系实际的方针，使硕士研究生掌握本专业的基础理论和专门知识，掌握科学研究的基本方法，并具有一定的工程实践知识和实验设计能力。 4、在指导上采取导师负责和集体培养相结合的方法。注意发挥学科组的集体力量，提倡跨学科组成导师组，促进学科间的联系、交叉，扩大硕士研究生的知识面。 5、研究生的理论课学习，采取课堂讲授和自学、讨论相结合的方式进行，教师在教学活动中应充分发挥研究生的主动性和自觉性，应强调在学习中研究，在研究中学习，着重培养研究生自我更新知识和调整知识结构的能力，启发学生深入思考、正确判断、增强分析问题和解决问题的能力。 6、加强硕士研究生的思想政治工作和道德品质、文明礼貌的教育，要求硕士研究生认真参加政治理论课学习，积极参加公益活动，促进研究生身心健康和全面发展。

高等岩石力学读书报告

高等岩石力学 读书报告 学院：国土资源工程学院 专业：地质工程 姓名：曾敏 学号：2006201071 高等岩石力学读书报告 岩石力学是研究岩石在外界因素(如荷载、水流、温度变化等)作用下的应力、应变、破坏、稳定性及加固的学科。又称岩体力学，它是力学的一个分支。研究的目的在于解决水利、土木工程等建设中的岩石工程问题。它是近代发展起来的一门新兴学科，是一门应用性的基础学科。对于岩石力学的定义有很多种说法，这里推荐一种较广义、较严格的定义：“岩石力学是研究岩石的力学性状的一门理论科学，同时也是应用科学；它是力学的一个分支，研究岩石对于各种物理环境的力场所产生的效应。”这个定义既概括了岩石力学所研究的破碎与稳定两个主要方面的内容，也概括了岩石受到一切力场作用所引起的各种力学效应。岩石力学的理论基础相当广泛，涉及固体力学、流体力学、计算数学、弹塑性理论、工程地质和地球物理学等学科，并与这些学科相互渗透。 岩石力学主要理论基础及与其他学科的结合 岩石力学是一门应用性的基础学科。它的理论基础相当广泛，涉及到很多基础及应用学科。岩石力学的力学分支基础 1、固体力学 固体力学是力学中形成较早、理论性较强、应用较广的一个分支，它主要研究可变形固体在外界因素(如载荷、温度、湿度等)作用下，其内部各个质点所产生的位移、运动、应力、应变以及破坏等的规律。在采矿工程中用到的固体力学主要有：材料力学，结构力学，弹、塑性力学，复合材料力学，断裂力学和损伤力学。如把采场上覆岩层看作是梁或板结构用的就是结构力学理论；采用弹性力学研究巷道周围的应力分布。 2、流体力学 流体力学主要研究流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。流体力学中研究得最多的流体是水和空气。对于地下采矿工程来说，其研究对象就是地下水与瓦斯等矿井气体。 3、爆炸力学 爆炸力学主要研究爆炸的发生和发展规律，以及爆炸的力学效应的利用和防护。它从力学角度研究爆炸能量突然释放或急剧转化的过程，以及由此产生的强冲击波(又称激波)、高速流动、大变形和破坏、抛掷等效应。同时爆炸力学是流体力学、固体力学和物理学、化学之间的一门交叉学科。地下开采中的巷道掘进，露天开采中的采剥都要进行爆破。 4、计算力学 计算力学是综合力学、计算数学和计算机科学的知识，以计算机为工具研究解决力学问题的理论、方法，以及编制软件的学科。从20世纪50年代以来，它在力学的各分支学科和边缘学科中得到了很大的发展，无论是在科学研究还是工程技术中均得到了广泛应用，现在它已成为力学除理论研究和实验研究之外的第3种手段。常见的计算力学方法并已广泛用到数值模拟计算中的有：材料非线性有限元法、几何非线性有限元法、热传导和热应力有限元法、弹性动力学有限元法、边界元法、离散元法、无网格法、有限差分法、非连续变形分析等。以计算力学为基础的数值模拟方法在采矿工程中的研究应用也正广泛地开展起来。

高等岩石力学课程报告英文读书报告

Reading report Paper title: A new hard rock TBM performance prediction model for project planning Major: 隧道与地下工程 Name: 叶宇航 Number: 1530767

Several models have been introduced over the years for prediction of hard rockTBM performance.The TBM performanceprediction models are mostly based on an empirical or a semi-theoretical approach. Although they have advantages and area of applications, they also have disadvantages, such as CSM model don’t consider the main influencing parameter, NTNU model require special experiments originated from the drilling, QTBM are too complicated. The authors hope to better understand machine-rock interaction and to develop a more accurate model for performance estimate of hard rock TBMs.In order to achieve it, the authors investigate the field data of three main tunneling projects in Iran and Manapouri tunnel project in New Zealand.The data obtained from the projects as before mention includinggeological and performance parameters,have wide ranges of variations.Butthese wide ranges of geological and performance parameters helped in developing a more comprehensive TBM performance prediction model which has covered different geological conditions. In general, to justify the use of TBM in any project and for planning purposes, a reasonably accurate estimation of rate of penetration (ROP), daily rate of advance (AR), and cutter cost/life estimate is necessary. But the authors chosen Field Penetration Index(FPI) which is a composite parameter as the machine parameter. In the text, both single and multi-variable regression analyzes were used to investigate relationship between engineering rock properties and TBM performance parameters and finally to develop empirical equation. The analysis of the data obtained from the projects proved that FPI is a suitable machine performance parameter for developing empirical relationships with geological parameters.And multi-variable regression analysis show good correlation between ln (FPI) as response parameter and UCSand RQD as predictors. In conclusionFPI is a good parameter for the evaluation ofhard rockTBM performance. Therefore, the authors developed a chart of FPI prediction.This chart can be used for quick estimationof range of values for FPI in grounds with different rockstrength and rock quality. Excepts the FPI, the authors also concerned the boreability. Boreability is the term commonly used to express the ease or difficulty of rockmass excavation by a tunnel boring machine. Rock mass boreability depends on a number of influencing parameters including intact rock/rock mass properties, machine specifications and operational parameters. In tunneling projects, ground characteristics or boreability of the rockmass is an important parameter for selecting machine type and specifications. It is clear that proper evaluation of rock mass boreability can also play a major role in machine operation to achieve the best performance. FPI can be selected as an index for categorizing rock mass boreability. Based on the analysis of give projects, the authors defined six rock massboreability classes, from most difficult for boring or B-0 class(Tough) to easiest for boring or B-V class (Excellent). Considered the relationship between FPI and boreability, the authors give a table of TBM performance estimation in rock masses with different boreability classes. All in all, the paper proposeda simplemodel to evaluate rock mass boreability and TBM performancerange. This model demonstrates that machine performance hasbeen related to two main rock properties (UCS and RQD) and twooperational parameters (average cutter head thrust and

岩体力学 s

深部开采岩体力学研究的现状 摘要：在深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点，“三高一扰动”的复杂环境，是深部开采面临的挑战性、高难度课题。虽然目前对于深部开采工程的研究已经取得了部分成果，但对深层次、注重个案、侧重技术的基础研究重视仍然不够。今后主要研究方向应集中在深部岩石力学基本特性、深部开采工程稳定性控制、深部开采地表环境损伤控制以及深部厚煤层综放开采基础理论研究等方面。 关键词：深部开采；岩石力学；三高一扰动 深部开采岩石力学，主要是指在进行深部资源开采过程中引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。目前，对能源的需求逐步增加，开采强度也不断加大，这些都造成了浅部资源的日益减少，因而国内外的矿山都相继进入深部资源开采状态。而开采深度的不断增加，工程灾害也随之增多，这对深部资源安全高效的开采造成了巨大威胁。 1 深部开采岩体的力学特点 1.1 开采环境 深部开采和浅部开采最明显的区别在于深部岩石所处的特殊环境，也就是“三高一扰动”的复杂力学环境。“三高”主要是指高地温、高地应力和高岩溶水压。“一扰动”主要是指强烈的开采扰动。当进入深部开采后，岩体呈现塑性状态，即由各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度，并且对岩石造成破坏。 1.2 力学行为特性 深部岩石的“三高一扰动”复杂环境，对深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应产生根本性的影响。主要表现在深部岩体动力响应的突变性，深部岩体应力场的复杂性，深部岩体的大变形和强流变性，深部岩体的脆性一延性转化，深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性等五个方面。 2 深部开采工程中的岩石力学问题 目前对于深部开采工程的研究已经取得了一系列成果，但是对于侧重技术、注重个案的深层次基础研究始终没有得到足够的重视。深部开采“三高一扰动”的复杂力学环境，使深部岩石力学行为及其深部灾害的特征与浅部开采明显不同，因而在浅部开采基础上建立的传统理论不能适应现在的研究环境。 2.1 强度确定 深部开采时地应力水平比较高，因而工程开挖后的工程岩体在高围压作用下，一个或两个方向上应力状态的改变所表现出的强度变化并不是简单的表现在受拉或受压，而是复杂的拉压复合状态，即径向产生卸载，同时切向产生加载。所以深部开采时工程岩体的强度不能单纯用岩块强度来确定，必须建立符合深部开采特点的工程岩体拉压复合强度确定理论。 2.2 设计理论 深部开采时，由于工程围岩所表现出的非线性力学特性，在稳定性控制设计时不能采用简单的一次线性设计，因而必须建立采用二次以至多次非线性大变形力学稳定性控制设计理论。 2.3 稳定性控制理论 在深部开采环境下，工程开挖后工程围岩就会有不同程度的破坏，必须采用二次支护甚至多次支护才能够实现工程稳定性。因此，原有的稳定性控制理论不能适合新的环境，必须建立适合深部开采工程的二次（支护）稳定性控制理论。 3 今后研究重点