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岩石的断裂动力学研究现状 目　录 摘要 背景资料 岩石断裂破坏的机理 岩石动态断裂模型 动态断裂韧度的测定 岩石断裂作用与其他因素和过程的耦合作用 结语 文献 一．摘 要 岩石断裂动力学是在实际工程中经常需要用到的学科，但是由于动态断裂现象往往发生在短暂的瞬间，因而给问题的研究带来了很多困难。随着研究方法的进步，动态断裂的研究已从机械冲击（毫秒级）向高速冲击(微秒级)范围发展。这次报告主要介绍一些岩石动态断裂模型，测定动态断裂韧度实验和岩石断裂过程中与其他因素或过程的藕合作用。 二．背景资料 1．断裂力学 断裂力学是近三十年发展起来的固体力学的一个新分支。它是从构件实际上存在裂纹缺陷这一真实情况出发，对构件进行强度研究与计算的科学。因此，也可以认为断裂力学是研究裂纹的产生、发展及扩展规律的科学。 断裂力学的发展一直是与生产实际密切结合的，因此断裂力学又是工程基础科学或材料科学的一个分支。目前，断裂力学在压力容器、核容器、航空、机械等部门已得到广泛的应用，它的研究方法也已列入这些部门的设计、制造、验收及使用规范。 目前断裂力学总的研究趋势是：从线弹性到塑弹性；从静态断裂到动态断裂；从宏观微观分离到宏观微观结合；从确定性方法到概率统计法。 二．背景资料 2．断裂动力学[8] 断裂力学的一个分支,又称动态断裂力学,它在考虑受载物体各处惯性的基础上，用连续介质力学的方法研究固体在高速加载或裂纹高速扩展条件下的裂纹扩展和断裂规律。 　　 断裂动力学研究的内容包括：①动态断裂判据,它是判定某一动态断裂现象是否出现的依据,包括：在动载条件下裂纹的起始和失稳扩展判据，快速扩展裂纹的分岔判据，快速扩展裂纹的停止（止裂）判据等；②裂纹快速扩展的极限速度；③裂纹快速扩展中的能量转换；④快速扩展裂纹顶端附近的应力场和应变场；⑤应力波和扩展裂纹的相互影响；⑥高应变率条件下的材料特性及其对高速扩展裂纹的阻力的影响；⑦动态断裂力学参量和固体微观机制的联系。另外，许多学者还对具体的工程构件的断裂动力特性开展了研究。 二．背景资料 3．研究岩石断裂动力学的重要性 岩石断裂作用既是地壳构造变形和演化的重要产物之一，也是一种重要的构造作用与构造变形方式，它对热液流体迁移和金属矿床的形成、油气运移和油气藏形成、地下水迁移、资源(金属矿产、油气、地下水、地热等)开采、有毒(有害)废物的地下储存、工程地质与大型工程建设、地震、火山、泥石流等地质灾害的研究等很多方面都具有重要意义．因此，岩石断裂的研究历来受到地学、工程、环境与灾害等许多领域的研究人员的高度重视。 三.岩石断裂破坏的机理[1] （1）材料断裂的本质 组成固体材料的微粒子之间的距离很小，离子之间同时存在吸引力和排斥力，在零应力状态，粒子间距离为l0，其吸力和斥力相等，合力为零，即处于平衡状态。 图1 粒子间作用力 当距离减小时，斥力比吸力增加得快，合力为斥力，即处于压应力状态，当距离拉大时，斥力比吸力衰减得快，合力为吸力，即处于拉应力状态。当l=l1时，吸力达到最大值，当ll1时，合力开始减小，合力的变化如图1所示。如果ll1后，外力保持不变，图1 粒子间作用力则距离越来越大，吸力越来越小，材料就失去抵抗拉力的能力，这就是断裂破坏。因此断裂破坏的本质是粒子之间的距离拉开过大。 三.岩石断裂破坏的机理 （2）岩石断裂破坏的实质——细观拉应力 材料破坏分为两种，断裂破坏和流动破坏。 在剪力作用下，材料晶格发生滑移，最终会导致流动破坏。而晶格之间发生的滑移，并没有增大粒子之间的距离，所以流动并不会发生断裂，所以从宏观角度理论来说，岩石的断裂破坏不可能是剪应力引起的。 又由于岩石是非连续介质，故需要借助细观应力来考虑。我们从弹性力学中可以知道，即使材料的面力为剪力或压力，也会在微元的其他方向出现拉应力。即使岩石处在三向受压状态，但是由于岩石本身材料的缺欠，所以岩石中会有许多小的孔洞，这些小孔洞的周围就会发生应力集中，随即产生细观拉应力。故引起岩石断裂破坏的是细观拉应力。 四．岩石动态断裂模型 但是这些模型都是基本限于岩石完全承受静荷载或者动载荷的作用。事实上，在工程实际中，岩石在承受动载荷作用之前，在很多情况下已处于一定的静应力状态，如地下深部开采中爆破振动引起的岩爆等。 所以介绍以下岩石动态断裂模型。 受静载荷作用的岩石动态断裂的突变模型[2] 受静载荷作用的岩石动态断裂的突变模型