岩石细观损伤力学基础

本书全面、系统地介绍了岩石细观损伤力学试验研究和岩石损伤理论研究。针对岩石细观损伤研发了图像处理平台；从细观层面定性解释大理岩损伤发展过程，将量化的损伤数据进行可视化；分析不同含水率下红砂岩微裂纹损伤演化与宏观力学响应之间的规律。结合热力学定律和细观损伤力学基本原理，探讨高温对大理岩的刚度、峰值强度、峰值应变、弹性模量等的影响，并从岩石内部的微观结构变化讨论大理岩在高温作用下强度及变形特性的演化机理。基于室内试验，采用有限元软件针对本构模型进行材料模型的二次开发，进行真实试验，建立试样压缩细观损伤模型。

序
前言
第1章 绪论1
1.1 问题的提出2
1.2 国内外研究现状4
1.2.1 基于数字图像处理技术的岩石细观量化试验研究4
1.2.2 大理岩细观结构损伤与量化统计分析研究5
1.2.3 红砂岩细观损伤演化特性及其本构模型试验研究6
1.2.4 岩石温度效应研究进展及现状8
1.2.5 基于扩展有限元法的岩石三维裂纹扩展研究9
参考文献11
第2章 基于数字图像处理技术的岩石细观量化试验研究16
2.1 数字图像处理技术在岩土工程中的应用16
2.2 图像预处理17
2.2.1 图像数字化17
2.2.2 图像增强18
2.2.3 图像分割19
2.3 区域生长算法20
2.3.1 形态学的处理20
2.3.2 区域生长的基本公式22
2.3.3 区域生长23
2.3.4 区域生长程序24
2.3.5 提取微裂隙二维信息26
2.4 MATLAB程序提取微裂纹信息29
2.4.1 平台简介及优点29
2.4.2 自研软件介绍29
参考文献33
第3章 大理岩细观结构损伤与量化统计分析36
3.1 研究背景36
3.2 试样采集及性质36
3.3 大理岩单轴压缩细观损伤SEM试验研究38
3.3.1 试验目的38
3.3.2 动态在位试验的试样制备38
3.3.3 基于SEM的在位观测试验仪器设备39
3.3.4 数据采集40
3.3.5 试验结果分析43
3.4 大理岩细观损伤力学试验数据的数字化统计分析50
3.4.1 微裂纹方位角50
3.4.2 微裂纹长度55
3.4.3 微裂纹总面积59
3.4.4 微裂纹间距61
3.4.5 微裂纹长宽比62
3.5 基于Monte Carlo理论的大理岩细观结构损伤过程模拟62
3.5.1 Monte Carlo模拟理论63
3.5.2 大理岩细观结构损伤过程模拟63
参考文献69
第4章 大理岩细观损伤本构模型70
4.1 细观损伤本构理论70
4.2 基于SEM试验的大理岩细观损伤本构模型原理72
4.2.1 基本假定72
4.2.2 大理岩细观尺度微结构的简化模型73
4.3 基于SEM试验的大理岩细观损伤本构模型74
4.3.1 微裂纹描述74
4.3.2 大理岩细观损伤本构模型推导75
4.4 修正宽长比78
参考文献86
第5章 基于不同含水率红砂岩的细观损伤演化研究87
5.1 试验简介87
5.1.1 试样制备87
5.1.2 试验仪器88
5.1.3 红砂岩单轴压缩细观损伤试验89
5.2 试验研究及机理分析90
5.2.1 水对红砂岩宏观力学特性的影响90
5.2.2 水对红砂岩细观结构变化的影响93
5.3 水-岩物理化学作用的微观分析97
5.4 试验图像信息及数据提取98
5.4.1 程序概述98
5.4.2 图像前处理99
5.4.3 图像后处理100
5.4.4 细观结构信息量化101
5.5 微裂纹损伤演化规律分析111
5.5.1 微裂纹损伤演化与宏观力学响应的关系111
5.5.2 损伤破坏临界值和裂纹扩展模式分析113
5.5.3 初始损伤和损伤局部化研究115
5.6 红砂岩本构模型探讨118
5.6.1 损伤变量的定义118
5.6.2 红砂岩峰值应变前损伤本构方程119
5.6.3 红砂岩峰值应变后损伤本构方程120
5.7 本构模型的验证123
5.7.1 概述123
5.7.2 本构模型的验证与分析127
参考文献130
第6章 大理岩高温细观试验及本构研究132
6.1 大理岩断口细观结构SEM试验研究132
6.1.1 试样岩性特征132
6.1.2 试验设备133
6.1.3 微观结构和断裂分析133
6.2 岩石热开裂机理138
6.3 试验图像信息及数据提取140
6.3.1 图像识别程序简介140
6.3.2 微裂纹图像信息提取141
6.4 二维裂隙网络模拟142
6.4.1 Monte Carlo模拟的基本原理143
6.4.2 各温度岩石断口微裂纹网络模拟143
6.5 高温下岩石损伤演化分形特征分析145
6.5.1 分形理论基本概念145
6.5.2 裂隙网络损伤分形维数测定方法145
6.5.3 分形维数计算过程147


6.5.4 分形维数的估测148

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