岩石物理與本構理論 [Rock Physics And Constitutive Theory] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

席道瑛，徐鬆林 著

圖書標籤:

• 岩石物理
• 本構理論
• 地質力學
• 物理學
• 材料力學
• 岩石力學
• 地球物理學
• 工程地質
• 固體物理
• 彈性力學

齣版社： 中國科學技術大學齣版社

ISBN：9787312036910

版次：1

商品編碼：11913394

包裝：平裝

叢書名： 中國科學技術大學精品教材

外文名稱：Rock Physics And Constitutive Theory

開本：16開

齣版時間：2016-04-01

用紙：膠版紙

頁數：687

字數：107100

內容簡介

　　《岩石物理與本構理論》圍繞多孔岩土材料本構理論的建立，較全麵地講述瞭多孔岩土材料的實驗現象和相關本構理論。全書共11章，內容主要包括：實驗室和野外實驗，非綫性彈性理論，經典彈塑性理論及其發展，多孔岩土材料的彈塑性本構，內變量理論，多孔岩土材料的動態響應及本構描述，顆粒材料的數值方法，以及相關工程應用。
　　《岩石物理與本構理論》包含瞭國內外新的研究成果，具有較強的前沿性；在內容的組織上注重追本溯源，具有較強的基礎性。《岩石物理與本構理論》可供地球科學、岩土工程、環境、水利、礦山等領域的高等院校和科研單位研究人員參考，也可作為相關專業研究生的教材。

目錄

總序
前言
緒論
0．1 發展多孔岩土材料本構理論的重要性和迫切性
0．2 與其他學科的關係
0．3 發展曆史及研究動嚮

第1章 岩土本構理論相關基礎
1．1 應變與應變張量
1．2 應力張量與運動方程
1．3 偏應力張量與偏應變張量
1．4 主應力空間與π平麵
1．5 一般力學分析體係
1．6 本構關係的一般理論
參考文獻

第2章 多孔岩土材料的實驗研究
2．1 岩石的典型實驗及相關討論
2．1．1 加載路徑與岩石力學實驗
2．1．2 單軸壓縮的控製條件及Ⅱ型全過程綫的獲得
2．1．3 Ⅱ型全過程綫的存在性與岩石材料的結構性
2．1．4 等圍壓三軸壓縮實驗與岩石強度準則
2．2 多孔岩土介質的結構特性實驗研究
2．2．1 掃描電子顯微鏡（SEM）鏡下觀察
2．2．2 CT掃描技術
2．2．3 壓汞法與孔隙度測定譜
2．3 高孔隙度岩石局部變形帶的野外證據和實驗研究
2．3．1 高孔隙度岩石局部變形帶的野外證據
2．3．2 高孔隙度岩石壓縮帶實驗研究結果
2 3．3 高孔隙度岩石中的孔洞崩塌
2．3 4高孔隙度岩石中壓縮帶的傳播
2．4 土體中的壓縮實驗
2．4．1 側限壓縮實驗
2．4．2 土體中的常規三軸壓縮實驗（σ1≥σ2=σ3）
2．5 小結
參考文獻

第3章 岩土材料非綫性彈性本構模型
3．1 一般彈性
3．2 非綫性彈性分析方法
3．3 岩土介質中典型非綫性彈性分析
3 3．1 E-v彈性模型（雙麯綫模型）
3．3．2 K-G彈性模型
3．3．3 非綫性的變彈性體模型
3．3．4 變模量模型
3．4 雙麯綫模型用於岩土材料的非綫性彈性分析
3．4．1 雙麯綫模型用於飽和砂土
3．4．2 雙麯綫模型用於岩土體的各嚮異性研究
參考文獻

第4章 岩土材料塑性模型
4．1 流動法則與增量型本構關係
4．1．1 塑性應變增量
4．1．2 流動法則
4．1．3 屈服麵與硬化模型
4．1．4 增量型本構描述
4．2 加、卸載條件
4．3 常用屈服麵模型
4．3．1 Tresca屈服麵
4．3．2 Mises屈服麵
4．3．3 Mohr-Coulomb屈服麵
4．3．4 Drucker-Prager屈服麵
4．3．5 Hoek-Brown屈服麵
4．4 岩土介質中的帽蓋模型
4．4．1 劍橋模型
4．4．2 K-W模型
4．4．3 L-D模型
4．4．4 Rowe剪脹模型
4．4．5 幾個帽蓋模型實例

第5章 多孔岩土材料塑性理論及其應用
第6章 岩土材料內變量理論
第8章 脆性材料動力學特性研究
第9章 多孔材料動力學模型研究
第10章 岩土材料連續和離散模型模擬分析
第11章 岩土本構模型的工程應用

前言/序言

岩石物理與本構理論：深度探索地球物質的力學行為 本書旨在為地質學、地球物理學、石油工程、土木工程以及材料科學等領域的科研人員、工程師和研究生提供一本全麵而深入的岩石力學行為解析。它不僅僅是一本教科書，更是一套係統性的理論框架，用以理解岩石在各種應力、應變、溫度和流體環境下的響應。我們將從微觀的晶體結構和孔隙特徵齣發，逐步構建宏觀的力學模型，揭示岩石作為一種復雜、非均質且各嚮異性材料所展現齣的豐富而精妙的物理現象。 第一部分：岩石的微觀結構與物理性質 在深入探討岩石的力學行為之前，建立對岩石微觀層麵的深刻認識至關重要。本部分將聚焦於岩石的物質組成、結構特徵以及這些因素如何直接影響其宏觀的物理和力學性質。 岩石礦物組成與晶體結構： 岩石的力學行為很大程度上取決於其構成礦物的種類、含量和排列方式。我們將詳細介紹常見的造岩礦物，如石英、長石、雲母、方解石、黏土礦物等的晶體結構特性，包括其彈性常數、脆性/韌性特徵、滑移係統以及在變形過程中的微觀變形機製（如位錯滑移、孿晶、解理等）。理解這些微觀機製，是解釋宏觀力學現象的基礎。 孔隙、裂縫與岩石微觀結構： 岩石中的孔隙和裂縫係統是影響其滲透性、壓縮性和變形行為的關鍵因素。我們將深入分析孔隙的形狀、大小、連通性以及裂縫的密度、長度、走嚮和開放程度。這些微觀特徵如何影響應力集中，進而影響岩石的宏觀強度和變形模量，將是本部分討論的重點。例如，不同孔隙形狀（球形、扁豆形、不規則形）對彈性模量的影響，以及裂縫的尖端應力集中效應。 岩石的物性參數測量與解釋： 本部分還將介紹用於錶徵岩石物理性質的常用實驗技術，如顯微成像（光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡）、X射綫衍射（XRD）、孔隙度測量、滲透率測量等。討論這些實驗數據如何用於推斷岩石的微觀結構，以及不同參數之間的相互關聯性。例如，如何通過顯微圖像定量分析孔隙度、形狀和連通性，並將其與測得的彈性模量進行關聯。 應力應變關係的基礎： 在引入復雜的本構模型之前，我們將迴顧綫彈性理論的基本概念，包括鬍剋定律、彈性模量、泊鬆比、剪切模量、體積模量等。重點闡述岩石在小應變範圍內的彈性響應，並討論各嚮同性與各嚮異性岩石的彈性行為差異。這將為後續的非綫性本構模型打下基礎。 第二部分：岩石的宏觀力學行為與實驗錶徵 瞭解岩石在不同加載條件下的宏觀錶現是構建本構理論的關鍵。本部分將集中於岩石的應力-應變響應，從彈性變形到塑性變形，再到斷裂失效。 單軸與三軸壓縮試驗： 這是研究岩石力學性質的最基本試驗。我們將詳細分析單軸壓縮試驗中岩石的應力-應變麯綫，包括彈性階段、屈服點、強化階段和斷裂階段。重點闡述三軸壓縮試驗如何模擬地下真實的應力狀態，並分析圍壓對岩石強度和變形特性的影響。討論岩石的峰值強度、殘餘強度以及剪脹/剪縮現象。 拉伸試驗與巴西劈裂試驗： 介紹岩石抗拉強度以及在拉伸載荷下的變形行為。巴西劈裂試驗作為一種間接測量岩石抗拉強度的方法，其原理和應用範圍也將被深入探討。 蠕變與應力鬆弛： 岩石在長時間恒定載荷下的緩慢變形（蠕變）和在恒定應變下的應力下降（應力鬆弛）是其重要的黏彈性或黏塑性特徵。我們將分析蠕變麯綫的各個階段（瞬時彈性、瞬時塑性、穩定蠕變、加速蠕變），並討論溫度、圍壓和孔隙流體對蠕變行為的影響。 疲勞與循環加載： 在實際工程應用中，岩石常常承受反復的加載和卸載。本部分將探討岩石的疲勞壽命、損傷纍積機製以及循環加載對岩石強度和剛度的影響。 岩石的失效機製： 從微觀的孔隙擴展、裂縫萌生與擴展，到宏觀的剪切斷裂、拉伸斷裂，我們將係統梳理岩石在不同應力狀態下的主要失效模式。 第三部分：岩石本構理論的發展與應用 本部分是本書的核心，將係統介紹描述岩石非綫性力學行為的各類本構模型，並探討其在不同工程領域的應用。 彈塑性本構模型： 屈服準則： 介紹描述岩石進入塑性變形的邊界的各種屈服準則，如莫爾-庫侖（Mohr-Coulomb）準則、德魯剋-普拉格（Drucker-Prager）準則、李鴻儒（Lihongru）準則等。詳細闡述這些準則的物理意義、適用條件以及參數的確定方法。 流動法則： 講解描述塑性應變增量方嚮的流動法則，包括關聯流動法則和非關聯流動法則。討論它們對岩石體積變化和剪切變形行為的描述能力。 強化/軟化模型： 介紹描述岩石在塑性變形過程中強度和剛度變化的強化（如應變硬化）和軟化（如應變軟化、損傷軟化）模型。重點分析岩石的應變軟化行為，這在斷裂力學中至關重要。 埋藏砂岩模型與膠結砂岩模型： 針對不同類型的沉積岩，介紹其獨特的彈塑性行為，如壓實、膠結強度破壞等。 損傷力學模型： 損傷變量的定義與演化： 引入損傷變量的概念，用於錶徵岩石內部微裂紋和孔隙的擴展對整體力學性能的影響。 基於損傷的本構方程： 建立損傷變量與應力、應變以及材料參數之間的關係，從而描述岩石在加載過程中的剛度退化和強度下降。 岩石的損傷演化與宏觀力學響應的關聯： 解釋損傷演化如何導緻岩石的非綫性行為，並最終導緻失效。 黏彈性與黏塑性本構模型： Kelvin-Voigt模型、Maxwell模型及其組閤模型： 介紹描述黏彈性行為的經典模型，以及如何將其應用於描述岩石的蠕變和應力鬆弛現象。 基於流變單元的黏塑性模型： 結閤屈服準則和黏性流動單元，建立描述岩石在高溫高壓下錶現齣的黏塑性行為的模型，例如，引入指數型黏性流動。 多尺度本構模型： 從微觀到宏觀的尺度推演： 探討如何利用微觀力學（如有限元模擬）的結果來構建宏觀的本構模型，以及如何通過平均化方法處理非均質性。 數值模擬方法（如離散元法、有限元法）： 介紹這些數值方法在模擬岩石復雜力學行為和失效過程中的應用，以及如何與本構模型相結閤。 岩石本構理論在工程中的應用： 油氣儲層力學： 探討本構理論在預測油氣井井筒穩定性、儲層變形、壓裂誘導應力變化以及二氧化碳封存中的應用。 地下工程： 分析隧道、地下洞室、壩基等工程的穩定性分析，岩土邊坡的穩定性評估，以及深層鑽孔的力學行為。 地熱開采： 研究地熱井的長期穩定性，岩石在高溫高壓及流體作用下的變形與破裂。 碳捕獲與封存（CCS）： 評估封存介質岩石在注入CO2過程中的力學響應，預測可能的泄漏風險。 地球物理反演： 利用岩石力學模型反演地下介質的物性參數，輔助地質構造解釋。 第四部分：影響岩石力學行為的因素 除瞭基本的應力應變關係，許多環境因素也會顯著影響岩石的力學行為。本部分將重點討論這些外部因素。 孔隙流體壓力： 詳述孔隙流體壓力（有效應力原理）對岩石強度的影響，包括降低抗剪強度和增加壓縮性。討論不同流體類型（水、油、氣）對岩石力學行為的潛在影響。 溫度效應： 分析溫度升高對岩石礦物相變、黏性流動、強度以及彈性模量的影響。在高溫環境下，岩石可能錶現齣更顯著的黏性行為和強度降低。 岩石的損傷與劣化： 討論外部因素（如水-岩反應、凍融循環、加載速率）如何導緻岩石的宏觀或微觀損傷，並最終劣化其力學性能。 加載速率效應： 探討不同加載速率下岩石的應力-應變響應差異，以及其背後的物理機製（如黏性阻尼、孔隙流體擴散）。 總結與展望 本書在對岩石微觀結構、宏觀力學行為進行深入剖析的基礎上，係統性地梳理瞭當前主流的岩石本構理論，並展望瞭未來研究的方嚮，包括但不限於：更加精細化的微觀力學模擬、多物理場耦閤的本構模型（如熱-力-化耦閤）、人工智能在岩石力學參數預測與本構模型構建中的應用，以及對岩石在極端環境（如高壓、高溫、特殊流體）下力學行為的深入研究。 本書力求理論與實踐相結閤，為讀者提供理解和預測岩石在復雜地下環境中行為的強大工具，從而更好地服務於地球科學研究和各類工程實踐。

評分☆☆☆☆☆

《岩石物理與本構理論》這個名字，首先給人一種紮實、專業的印象。我聯想到的是那些關於岩石內在物理屬性的精妙描述，比如它的孔隙度、滲透率，以及這些屬性如何隨著深度、溫度、壓力的變化而演變。而“本構理論”這幾個字，更是激發瞭我對岩石在受力條件下變形和破壞機製的強烈好奇。我想象著書中會詳細講解各種描述岩石力學行為的數學模型，從簡單的彈性變形到復雜的塑性流動，再到更深層次的損傷和斷裂過程。我期待看到作者是如何將這些理論模型與真實的岩石行為相結閤，是否會有具體的案例分析，比如如何利用這些理論來預測地震的發生，或者評估地下工程的穩定性？本書在我看來，就像一本關於地球“骨骼”的科學指南，它不僅能幫助我理解岩石的物理特性，更能讓我洞察它們在各種地質力學過程中的“行為模式”。我非常好奇，書中是否會涉及一些關於岩石非綫性力學行為的研究，這在處理復雜地質構造時尤其重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名，聽起來就充滿瞭科學探索的智慧光芒。我腦海裏浮現的，是地質學傢和工程師們在實驗室裏，一絲不苟地測量著岩石樣品在各種嚴苛條件下的物理參數。我期待書中能夠深入剖析岩石的彈性、塑性、黏性以及它們隨時間、溫度、壓力變化的規律，這些都是理解地球內部動力學過程的關鍵。尤其“本構理論”這部分，我設想它將是一個理論構建與實踐應用並重的章節。作者會不會引用大量的實驗數據來佐證理論的有效性？會不會講解如何根據岩石的成分、結構和賦存環境，選擇最恰當的本構模型來描述其力學行為？我迫不及待地想看到，書中是如何將抽象的數學語言轉化為生動的地質現象的解釋，例如，地層在構造運動中的變形、地震波在地下的傳播規律，亦或是油氣藏在開采過程中儲層壓實和變形的機理。這本書，在我眼中，仿佛是一個關於岩石“內心世界”的深度訪談，讓我有機會去洞察那些支配它們行為的深層法則。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字，一開始讓我以為是那種枯燥乏味的教科書，但仔細品味之後，我發現它蘊含著一種彆樣的魅力。我腦海中浮現的，是一係列充滿視覺衝擊力的岩石樣本圖片，從細膩的砂岩到粗獷的玄武岩，每一種岩石都擁有自己獨特的“性格”。我想象著作者會如何細緻地描繪這些不同岩石的微觀結構，比如晶粒的大小、形狀、排列方式，以及孔隙和裂縫的存在，這些微觀的差異如何最終影響到它們宏觀的物理錶現。而“本構理論”這個部分，我猜測會是一場關於數學模型與真實世界碰撞的盛宴。我期待看到作者如何巧妙地運用各種數學工具，將岩石的非綫性、各嚮異性甚至損傷演化等復雜行為一一納入模型之中。是不是會有關於岩石在不同應力路徑下的變形麯綫圖？是不是會講解如何通過實驗數據來校準和驗證這些模型？我很好奇，書中是否會觸及到納米尺度上的岩石物理現象，比如在納米孔隙中流體的行為，這在頁岩氣和頁岩油勘探開發中越來越重要。這本書，在我心中，已經變成瞭一扇通往岩石內心世界的窗口，讓我渴望去探索那些看不見的、卻又至關重要的力學規律。

評分☆☆☆☆☆

單看《岩石物理與本構理論》這個書名，就讓人感覺這股學術風撲麵而來。我設想，這本書裏應該充滿瞭嚴謹的推導和精確的公式，如同精密的儀器一樣，旨在量化和描述那些肉眼難以察覺的物理過程。我會期待它能詳細闡述岩石在不同介質環境下的物理特性，比如它在水飽和、油飽和、氣飽和狀態下的錶現差異，以及這些差異如何影響其聲學、力學甚至電學性質。而“本構理論”部分，我猜想會是本書的重頭戲，它應該會係統性地介紹各種描述岩石變形和破壞行為的力學模型，從經典的綫彈性模型到更復雜的彈塑性、黏塑性模型，甚至可能涉及到損傷力學和斷裂力學在岩石研究中的應用。我腦海裏已經勾勒齣，作者是如何一步步構建起這些理論框架，又是如何通過實驗數據來驗證和完善這些模型的。書中是否會包含一些關於數值模擬的介紹，比如如何利用有限元方法或者離散元方法來模擬岩石在復雜載荷下的響應？這對於理解大規模地質工程項目，如隧道開挖、邊坡穩定或者地下水庫的建設，至關重要。這本書，在我看來，就是一把解鎖岩石力學奧秘的鑰匙。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字就透著一股硬核勁兒，讓人一下子就聯想到那些堆砌著厚重知識的學術專著。我剛拿到的時候，就覺得這封麵設計得挺有分量的，那種沉甸甸的質感，仿佛預示著裏麵藏著的是地質科學領域最精髓的理論和最前沿的探索。我腦子裏已經開始構思，這本書大概會深入淺齣地講解岩石在不同應力、溫度、孔隙壓力等條件下的物理性質變化，比如彈性模量、泊鬆比、剪切模量等等，這些都是理解地下介質行為的基礎。我猜想，它還會詳細闡述各種本構模型，像是彈塑性模型、黏彈性模型，甚至是更復雜的損傷力學模型，如何描述岩石在復雜應力狀態下的變形和破壞過程。尤其是“本構理論”這幾個字，聽起來就充滿瞭數學公式和物理原理的嚴謹推導，讓人躍躍欲試，想看看作者是如何將抽象的力學概念具象化，並與真實的岩石行為聯係起來的。我非常期待書中能有很多經典的案例分析，比如地震波在地層中的傳播、頁岩氣開采中的儲層響應、或者地熱資源的開發等等，這些實際應用場景能幫助我更好地理解那些理論的意義和價值。總而言之，這本書在我看來，絕對是為地質、地球物理、石油工程等領域的專業人士量身打造的，能夠係統性地構建起對岩石力學行為的深刻認知。