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煤岩對非均勻載荷作用的力學響應與作用機理

  • 作者：趙洪寶//戈海賓|責編:劉翠娜//吳春花
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030773647
  • 出版日期：2024/01/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：430
人民幣：RMB 168 元      售價：元
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內容大鋼
    本書針對不均勻載荷作用中的典型代表——局部偏心載荷作用和局部衝擊載荷作用，並以煤礦開採的主要環境介質煤岩為主要研究對象，結合作者及其所帶領的科研團隊多年研究經驗和研究成果，系統介紹煤岩的特性、載荷的類型、受載后的力學響應，重點闡述研究所得的受非均勻載荷作用后煤岩產生的力學響應。研究內容主要包括局部偏心載荷作用下煤岩表面裂紋演化規律及煤岩損傷演化規律、聲發射參數演化規律：局部衝擊載荷作用下煤岩表面裂紋演化規律及煤岩損傷演化規律、超聲波傳播演化規律、紅外熱成像演化特徵規律：根據試驗研究獲得的受兩種典型的非均勻載荷作用后煤岩產生的力學響應特徵，並根據試驗和理論分析建立起的非均勻載荷作用與常規力學作用的等效理論模型：同時，將非均勻載荷作用下煤岩產生力學響應的等效理論模型成功應用到邊坡穩定性的研究中。
    本書不僅可為廣大從事採礦工程、岩土工程和邊坡工程的科學研究人員和工程技術人員提供借鑒，也可為廣大相關專業在校博士生、碩士生提供研究思路上的指導。
作者介紹
趙洪寶//戈海賓|責編:劉翠娜//吳春花
目錄
第1章  岩石與煤的特徵與區別
  1.1  岩石及特徵
    1.1.1  岩石的構成特徵
    1.1.2  岩體的構成特徵
  1.2  煤及其特徵
    1.2.1  煤的形成
    1.2.2  煤的分類
    1.2.3  煤的內部結構
  1.3  岩石與煤的區別
  1.4  本章小結
第2章  載荷作用與煤體的基本力學響應
  2.1  載荷及分類
    2.1.1  外力、內力和應力
    2.1.2  外力的分類
  2.2  礦山載荷及分類
    2.2.1  自重應力
    2.2.2  構造應力
    2.2.3  原岩應力的分佈規律
    2.2.4  原岩應力測定方法
    2.2.5  礦山壓力
  2.3  煤體的基本力學響應
    2.3.1  主要力學參數變化
    2.3.2  變形特性與破壞特徵
  2.4  本章小結
第3章  煤岩類材料的力學特性研究動態與進展
  3.1  引言
  3.2  煤岩類材料的靜力學特性研究
    3.2.1  煤岩類材料的基本力學特性研究
    3.2.2  煤岩類材料的變形局部化研究
    3.2.3  煤岩類材料的損傷測試與表徵方法研究
    3.2.4  煤岩類材料的損傷模型研究
  3.3  煤岩類材料的動力學特性研究
    3.3.1  煤岩類材料的動力學特性研究方法
    3.3.2  動載荷作用下煤岩類材料的變形與損傷
  3.4  動靜組合載荷作用下煤岩微結構演化及作用機理
    3.4.1  動靜載荷作用下煤岩微結構演化規律與作用機理
    3.4.2  動載荷作用下煤岩動態損傷模型研究
  3.5  尚需解決的科學問題
  3.6  本章小結
第4章  單向約束條件下煤體對動力衝擊作用的力學響應
  4.1  煤岩損傷量的統計描述
  4.2  煤岩微裂隙破壞模型
    4.2.1  垂直微裂隙破壞模型
    4.2.2  水平微裂隙破壞模型
    4.2.3  微裂隙綜合破壞模型
  4.3  實驗研究的準備與方案
    4.3.1  主要試驗設備
    4.3.2  試驗用樣
    4.3.3  試驗方案
  4.4  遞增衝量與煤岩損傷演化的關係

    4.4.1  循環衝擊次數對煤岩損傷破壞的影響
    4.4.2  累計衝量對煤岩損傷演化的影響
  4.5  單向約束靜載與煤岩損傷演化的關係
    4.5.1  不同約束靜載下循環衝擊次數對煤岩損傷破壞的影響
    4.5.2  不同約束靜載下累計衝量對煤岩損傷破壞的影響
  4.6  基於高清數碼攝像機的煤岩損傷破壞表面裂紋擴展規律
  4.7  恆定式衝量與煤岩損傷演化的關係
    4.7.1  循環衝擊次數對煤岩損傷量的影響
    4.7.2  不同水平衝量載入下累計衝量對煤岩損傷量的影響
  4.8  單向約束靜載與煤岩損傷演化的關係
    4.8.1  不同約束靜載下循環衝擊次數對煤岩損傷量的影響
    4.8.2  相同衝量作用下約束靜載對煤岩損傷量的影響
  4.9  基於紅外熱成像的循環衝擊作用對煤岩損傷的影響
  4.10  單向約束作用下煤岩損傷演化的數值分析
    4.10.1  數值模型的建立
    4.10.2  模型參數與生成網格
    4.10.3  計算結果與分析
    4.10.4  衝量大小對煤岩模型損傷的影響
    4.10.5  約束靜載大小對煤岩模型損傷的影響
  4.11  本章小結
第5章  雙向約束作用下煤體對動力衝擊作用的力學響應
  5.1  雙向約束條件下衝擊載荷對煤樣結構損傷量化表徵
    5.1.1  實驗準備與研究方案
    5.1.2  煤樣破壞過程及模式與其內部微結構演化的關係
    5.1.3  不同約束條件下循環衝擊作用對煤樣內部結構的影響
    5.1.4  單次衝擊能量大小對煤樣內部結構的影響
    5.1.5  衝擊方式對煤樣內部結構的影響
  5.2  基於紅外熱成像的煤岩表面裂紋擴展行為的量化表徵
    5.2.1  熵的基本理論
    5.2.2  煤樣表面溫度場分佈特徵
    5.2.3  衝擊試驗中的紅外輻射量化表徵
  5.3  雙向約束下衝擊載荷作用對煤體力學特性的影響數值模擬
    5.3.1  數值模型及模擬方案
    5.3.2  數值模擬模型的參數
    5.3.3  衝擊能量大小對煤樣內部結構的影響
    5.3.4  約束條件對煤體內部結構的影響
  5.4  雙向約束衝擊載荷作用下煤岩內部結構損傷機制
  5.5  本章小結
第6章  非均勻載荷作用下煤岩體的裂紋演化規律
  6.1  實驗設備與試驗方案
    6.1.1  局部偏心載荷試驗設備與方案
    6.1.2  局部衝擊載荷試驗設備與方案
  6.2  局部偏心載荷作用下煤樣應力-應變特徵
  6.3  局部偏心載荷作用下原煤與型煤試樣表面裂紋演化規律
    6.3.1  常規單軸壓縮下煤樣表面裂紋演化規律
    6.3.2  局部偏心載荷作用下煤樣表面裂紋演化規律
  6.4  局部偏心載荷作用下煤岩損傷分形特徵
    6.4.1  分形理論概念
    6.4.2  分形理論在煤岩損傷中的應用
  6.5  基於超聲波的煤岩內微結構演化規律

    6.5.1  單軸壓縮下煤岩內超聲波波速變化規律
    6.5.2  局部偏心載荷作用下煤岩損傷演化規律
  6.6  局部偏心載荷作用下煤岩破壞模型
  6.7  煤岩對局部循環衝擊載荷作用的力學響應
    6.7.1  局部循環衝擊次數對煤岩內微結構演化影響
    6.7.2  局部循環衝擊載荷作用下煤岩內微結構演化規律
  6.8  煤岩對局部遞增衝擊載荷作用的力學響應
    6.8.1  局部遞增循環衝擊次數對煤岩內微結構演化影響
    6.8.2  局部遞增衝擊載荷作用下煤岩內微結構演化規律
  6.9  煤岩對局部遞減衝擊載荷作用的力學響應
    6.9.1  局部遞減循環衝擊次數對煤岩內微結構演化影響
    6.9.2  局部遞減衝擊載荷作用下煤岩內微結構演化規律
  6.10  局部衝量對煤岩內微結構演化影響
    6.10.1  單次衝量大小對煤岩內微結構演化影響
    6.10.2  累計衝量對煤岩內微結構演化影響
    6.10.3  衝量載入順序對煤岩內微結構演化影響
  6.11  衝擊載入面積與煤岩內微結構演化的耦合關係
  6.12  局部衝擊載荷作用下型/原煤試樣內微結構演化對比
    6.12.1  循環衝擊次數對型煤和原煤試樣內微結構演化差異分析
    6.12.2  衝擊載入面積對型煤和原煤試樣內微結構演化差異
  6.13  局部衝擊載荷作用下煤岩內微結構演化的局部化效應
    6.13.1  局部衝擊載荷作用對試樣不同區域微結構演化影響
    6.13.2  局部衝擊載荷作用下煤岩內微結構演化局部化範圍
  6.14  不同衝擊模式下煤岩表面裂紋的時空演化特徵
    6.14.1  循環衝擊載荷作用下煤岩表面裂紋的時空演化特徵
    6.14.2  遞增衝擊載荷作用下煤岩表面裂紋的時空演化特徵
    6.14.3  遞減衝擊載荷作用下煤岩表面裂紋的時空演化特徵
    6.14.4  不同衝擊模式作用下煤岩表面裂紋演化的差異
  6.15  局部衝擊載荷與煤岩表面裂紋時空演化的耦合關係
    6.15.1  衝量大小與煤岩表面裂隙時空演化的耦合關係
    6.15.2  不同衝擊載入面積下煤岩表面裂紋的時空演化特徵
  6.16  局部衝擊載荷作用下型煤與原煤表面裂紋演化對比
  6.17  局部衝擊載荷作用下煤岩表面裂紋演化的局部化效應
  6.18  本章小結
第7章  非均勻載荷作用下煤體的變形場演化特徵
  7.1  數字圖像相關方法
    7.1.1  數字圖像相關方法基本原理
    7.1.2  相關函數
    7.1.3  數字圖像相關方法研究發展
  7.2  局部偏心載荷模式煤岩變形場演化特徵
    7.2.1  常規單軸壓縮條件下原煤與型煤變形場演化特徵
    7.2.2  局部偏心載荷作用下原煤與型煤變形場演化特徵
    7.2.3  統計指標修正與局部化分析
    7.2.4  局部化帶位移演化規律
    7.2.5  煤岩變形能的演化特徵
  7.3  局部衝擊煤岩表面裂紋擴展的分形特徵
    7.3.1  基於MATLAB的煤岩裂紋擴展分形計算
    7.3.2  基於MATLAB的盒維數法分形維數計算
  7.4  局部循環衝擊次數與煤岩表面裂紋分形維數的關係
    7.4.1  常規全衝擊時試樣表面裂紋分形維數演化特徵

    7.4.2  局部衝擊時試樣表面裂紋分形維數演化特徵
    7.4.3  衝量與煤岩表面裂紋分形維數的耦合關係
    7.4.4  衝擊載入面積與煤岩表面裂紋分形維數的耦合關係
    7.4.5  型煤與原煤試樣表面裂紋分形維數對比
  7.5  局部衝擊載荷作用下煤岩破斷面形貌的三維重構
    7.5.1  破斷面形貌的三維重構方法
    7.5.2  局部衝擊載荷作用下煤岩破斷面特徵
  7.6  局部衝擊載荷作用下煤岩破斷面分形特徵
    7.6.1  破斷面三維分形維數計算方法概述
    7.6.2  粗糙表面分形維數計算的二次改進立方體覆蓋法
    7.6.3  基於RGB圖像的粗糙表面分形維數等效計算方法
    7.6.4  衝擊載入面積與煤岩破斷面分形維數的關係
  7.7  本章小結
第8章  非均勻載荷作用下煤體的聲發射特徵與損傷演化規律
  8.1  聲發射參數與影響因素
    8.1.1  聲發射參數
    8.1.2  聲發射參數的影響因素
  8.2  試驗系統與方案
    8.2.1  試驗系統介紹
    8.2.2  試驗方案
  8.3  局部偏心載荷作用下煤岩損傷過程聲發射特徵
    8.3.1  局部偏心載荷作用下聲發射參數經歷分析
    8.3.2  局部偏心載荷作用下聲發射參數分佈分析
    8.3.3  局部偏心載荷作用下聲發射參數關聯分析
    8.3.4  局部偏心載荷對b值影響分析
  8.4  局部偏心載荷作用下煤岩損傷時空演化規律
    8.4.1  聲發射定位原理
    8.4.2  煤岩聲發射定位與裂紋演化規律
  8.5  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷變形特性
    8.5.1  試驗概況
    8.5.2  局部衝擊載荷作用下煤岩的動力響應特徵
  8.6  基於紅外熱成像的局部衝擊對煤岩損傷的影響
    8.6.1  紅外視頻溫度動態監測成像與分析軟體開發
    8.6.2  局部衝擊載荷作用下煤岩紅外熱輻射溫度場的量化表徵方法
    8.6.3  局部衝擊載荷作用下煤岩試樣不同區域溫度的量化表徵
  8.7  局部衝擊載荷對煤岩損傷變形的局部化影響
    8.7.1  局部衝擊載荷作用下煤岩變形局部化效應
    8.7.2  局部衝擊載荷作用下煤岩熱輻射溫度場局部化效應
  8.8  本章小結
第9章  非均勻載荷作用下煤體力學響應的數值分析
  9.1  數值模擬方法介紹
    9.1.1  PFC2D程序計算原理
    9.1.2  PFC2D平行黏結模型
    9.1.3  ANSYS/LS-DYNA軟體與計算原理
    9.1.4  ANSYS/LS-DYNA顯式演算法簡介
  9.2  局部偏心載荷作用下煤岩單軸壓縮力學響應模擬
    9.2.1  模型建立與參數標定
    9.2.2  局部偏心載荷作用下煤岩常規單軸壓縮宏觀力學行為
    9.2.3  局部偏心載荷作用下煤岩常規單軸壓縮細觀力學行為
  9.3  局部偏心載荷作用下煤岩三軸壓縮力學響應模擬

    9.3.1  數值模擬方案
    9.3.2  局部偏心載荷作用下煤岩三軸壓縮宏觀力學行為
    9.3.3  局部偏心載荷作用下煤岩三軸壓縮細觀力學行為
  9.4  基於完全重啟動的局部循環衝擊載荷的實現方法
    9.4.1  ANSYS/LS-DYNA完全重啟動
    9.4.2  基於完全重啟動的局部循環衝擊實現方法
  9.5  局部衝擊載荷作用下煤岩動力響應特性
    9.5.1  局部衝擊載荷作用數值模擬方案
    9.5.2  局部單次衝擊載荷作用下煤岩動力響應特性
    9.5.3  局部循環衝擊載荷作用下煤岩動力響應特性
  9.6  局部衝擊載荷作用下煤岩的破壞模式
    9.6.1  局部衝擊載荷作用下煤岩試樣動態破壞過程
    9.6.2  局部循環衝擊次數對煤岩破壞模式的影響
    9.6.3  局部衝擊衝量施加順序與煤岩破壞模式的關係
    9.6.4  局部衝擊載入面積與煤岩破壞模式的關係
  9.7  本章小結
第10章  非均勻載荷作用下煤岩損傷特徵與損傷方程
  10.1  損傷力學理論
    10.1.1  損傷力學研究任務
    10.1.2  損傷變數的定義
    10.1.3  常用損傷力學模型
  10.2  基於Weibull分佈的煤岩統計損傷本構模型
    10.2.1  模型的基本假設
    10.2.2  煤岩損傷模型的建立與修正
    10.2.3  基於統計強度理論的煤岩損傷本構模型
    10.2.4  基於統計強度理論的煤岩損傷本構模型參數的確定
    10.2.5  基於統計強度理論的煤岩損傷本構模型的驗證
  10.3  局部偏心載荷作用下煤岩統計損傷本構模型
    10.3.1  統計損傷本構模型的建立
    10.3.2  統計損傷本構模型的驗證
  10.4  衝擊載荷作用下煤岩動態損傷本構模型
    10.4.1  損傷變數的定義方法
    10.4.2  煤岩動態統計損傷變數
    10.4.3  常用力學元件模型
    10.4.4  煤岩動態損傷本構模型的建立
    10.4.5  煤岩動態損傷本構模型參數的確定
  10.5  本章小結
第11章  非均勻載荷作用的等效理論與等效模型研究
  11.1  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷等效模型
    11.1.1  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷分區等效理論
    11.1.2  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷分區等效因子
    11.1.3  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷分區等效模型
    11.1.4  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷等效模型的驗證
  11.2  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷機理探討
    11.2.1  常規全衝擊載荷作用下煤岩損傷機理
    11.2.2  局部衝擊載荷作用下煤岩損傷機理
  11.3  本章小結
參考文獻

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