巖石熱破裂的研究及應用

內(nèi)容概要

本書介紹了巖石熱應力的基礎(chǔ)知識、均質(zhì)熱彈塑性力學模型和均質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型及數(shù)值解法、非均質(zhì)巖石的隨機概率分布和巖石細觀單元的賦值的基本概念，詳細敘述了隨機非均質(zhì)熱彈塑性力學模型和隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型及數(shù)值解法，對巖石熱破裂的成果進行了敘述，特別是詳細地介紹了在巖石熱破裂數(shù)值實驗研究方面的最新成果，并對巖石熱應力的幾個問題進行了討論，最后對高溫巖體地熱開發(fā)進行數(shù)值模擬。    本書內(nèi)容豐富，可供力學、地質(zhì)、采礦、水利、石油及大專院校的研究人員、師生和管理者參考。

作者簡介

康健，男，副教授，博士，碩士生導師，1961年8月生，1983年7月畢業(yè)于新疆師范大學數(shù)學系，2004年6月于遼寧工程技術(shù)大學獲工程力學博士學位，現(xiàn)任大連工業(yè)大學信息科學與工程學院應用數(shù)學系主任，主要從事工程力學與應用數(shù)學等領(lǐng)域的研究。在國內(nèi)外核心期刊發(fā)表學術(shù)論文20

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  熱應力概述  1.2  巖石熱應力基礎(chǔ)    1.2.1  熱傳導    1.2.2  熱傳導基本方程    1.2.3  單值性條件    1.2.4  熱彈性力學模型第2章  熱彈塑性力學模型及數(shù)值解法  2.1  均質(zhì)熱彈塑性力學模型    2.1.1  均質(zhì)熱彈塑性力學模型    2.1.2  屈服條件和屈服函數(shù)    2.1.3  流動法則和應力-應變關(guān)系  2.2  均質(zhì)熱彈塑性力學模型的數(shù)值解法    2.2.1  有限元分析方法    2.2.2  彈塑性分析的初應力法    2.2.3  彈塑性分析的初應變法  2.3  非均質(zhì)巖石的隨機概率分布    2.3.1  非均質(zhì)巖石隨機變量的分布函數(shù)    2.3.2  幾種重要的非均質(zhì)巖石的分布函數(shù)與概率密度函數(shù)  2.4  巖石細觀單元的賦值  2.5  三維隨機非均質(zhì)熱彈塑性力學模型    2.5.1  基本假設和物理力學基礎(chǔ)    2.5.2  隨機非均質(zhì)熱彈塑性力學模型  2.6  非均質(zhì)熱彈塑性力學模型的數(shù)值解法第3章  固熱耦合問題及數(shù)值解法  3.1  均質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型    3.1.1  固體變形控制方程    3.1.2  溫度場控制方程及邊界條件    3.1.3  固熱耦合數(shù)學模型  3.2  均質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型的數(shù)值解法    3.2.1  固體變形控制方程的有限元數(shù)值解法    3.2.2  熱傳導方程的有限元數(shù)值解法    3.2.3  固熱耦合數(shù)學模型的有限元分析  3.3  隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型    3.3.1  基本假設和物理力學基礎(chǔ)    3.3.2  三維隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型  3.4  隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型的數(shù)值解法    3.4.1  隨機介質(zhì)固體變形控制方程的有限元數(shù)值解法    3.4.2  隨機介質(zhì)熱傳導方程的有限元數(shù)值解法    3.4.3  隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型的有限元分析第4章  巖石熱應力的幾個問題  4.1  均質(zhì)平面軸對稱熱彈性問題    4.1.1  平面應力情況（圓板問題）    4.1.2  平面應變情況（圓筒問題）  4.2  均質(zhì)球?qū)ΨQ的熱應力    4.2.1  同心空心球問題    4.2.2  實心球問題  4.3  均質(zhì)彈塑性熱應力問題    4.3.1  圓筒的熱應力問題    4.3.2  平板的熱應力問題    4.3.3  圓柱的熱應力問題  4，4  隨機介質(zhì)平面軸對稱問題    4.4.1  隨機介質(zhì)熱彈性力學模型的極坐標基本方程    4.4.2  平面軸對稱問題    4.4.3  計算實例  4.5  隨機介質(zhì)球?qū)ΨQ問題  4.6  隨機固熱耦合平面軸對稱問題    4.6.1  隨機介質(zhì)固熱耦合數(shù)學模型的極坐標基本方程    4.6.2  隨機介質(zhì)固熱耦合平面軸對稱問題    4.6.3  計算實例第5章  巖石熱破裂物理實驗  5.1  巖石熱破裂現(xiàn)象  5.2  巖石熱破裂的檢測技術(shù)  5.3  巖石熱破裂的影響因素    5.3.1  加熱方式的影響    5.3.2  加熱速度的影響    5.3.3  巖石膠結(jié)類型和膠結(jié)程度的影響    5.3.4  顆粒粒徑大小及形狀的影響    5.3.5  礦物組成成分的影響    5.3.6  巖石孔隙結(jié)構(gòu)的影響  5.4  巖石熱破裂的物理實驗    5.4.1  巖石熱破裂的門檻值溫度及聲發(fā)射現(xiàn)象    5.4.2  巖石熱破裂過程    5.4.3  巖石熱破裂的微觀機制    5.4.4  巖石的熱破裂損傷  5.5  高溫下巖石的力學性質(zhì)    5.5.1  溫度對巖石彈性模量的影響    5.5.2  溫度對泊松比的影響    5.5.3  溫度對孔隙度和滲透率的影響    5.5.4  溫度對巖石強度的影響    5.5.5  不同溫度下巖石的應力和應變的變化    5.5.6  溫度對波速的影響  5.6  高溫下巖石的熱物理特性    5.6.1  溫度對巖石熱導率的影響    5.6.2  溫度對巖石的比熱的影響    5.6.3  溫度對巖石熱擴散率的影響    5.6.4  溫度對巖石熱膨脹系數(shù)的影響第6章  巖石熱破裂數(shù)值實驗  6.1  巖石熱破裂門檻值的數(shù)值實驗    6.1.1  數(shù)值實驗方法    6.1.2  數(shù)值實驗結(jié)果    6.1.3  數(shù)值實驗結(jié)果分析  6.2  巖石的力學性質(zhì)的數(shù)值實驗    6.2.1  彈性模量隨溫度的變化    6.2.2  泊松比隨溫度的變化    6.2.3  數(shù)值實驗結(jié)果分析  6.3  巖石的裂紋擴展的數(shù)值實驗    6.3.1  隨機韋伯分布下巖石的裂紋擴展    6.3.2  正態(tài)分布下巖石的裂紋擴展    6.3.3  隨機指數(shù)分布下巖石的裂紋擴展  6.4  巖石熱破裂細觀機理的數(shù)值實驗    6.4.1  數(shù)值實驗方法    6.4.2  巖石熱破裂細觀分析  6.5  巖石的滲透率分析  6.6  巖石熱物理特性的數(shù)值實驗    6.6.1  數(shù)值實驗方法    6.6.2  巖石熱傳導系數(shù)與溫度的關(guān)系    6.6.3  巖石比熱容與溫度的關(guān)系    6.6.4  數(shù)值實驗結(jié)果分析第7章  高溫巖體地熱開發(fā)的數(shù)值模擬  7.1  高溫巖體地熱開發(fā)簡介  7.2  工程背景  7.3  高溫巖體地熱開發(fā)人工儲留層二次破裂數(shù)值模擬    7.3.1  數(shù)值實驗的模型簡化    7.3.2  數(shù)值實驗結(jié)果分析  7.4  塊裂介質(zhì)固流熱耦合三維數(shù)值模擬    7.4.1  塊裂介質(zhì)高溫巖體固流熱耦合數(shù)學模型    7.4.2  三維數(shù)值模擬參考文獻

章節(jié)摘錄

第1章　緒論1.1 熱應力概述力和熱是自然界和人類生活實踐中廣泛存在的兩種能量表現(xiàn)形式，也是工程力學中十分常見的能量傳遞現(xiàn)象。同時承受外力和高溫作用的例子不勝枚舉。例如，火箭、地熱開發(fā)、石油開采、核廢料處置等。材料在外力作用下要發(fā)生變形，從而在內(nèi)部產(chǎn)生應變和應力，材料力學和彈性力學就是研究物體在外力作用下產(chǎn)生應變、應力和變形之間關(guān)系的科學。但是，物體的變形不僅僅由外力作用引起，溫度的變化也能夠引起變形，稱為熱變形。需要指出，單有溫度的變化，不一定就在物體內(nèi)部產(chǎn)生應力，只有當溫度變化所引起的膨脹或收縮受到外界約束時，才會在物體內(nèi)部產(chǎn)生應力，這樣的應力稱為熱應力。例如，如果金屬棒的膨脹是自由的，即不受約束的，則不會產(chǎn)生熱應力。如果金屬棒被置于兩個鋼體壁之間并固定住兩端，則在棒受熱溫度升高到ｔ1，后，因為受到鋼體壁的阻止，無法膨脹，就會在棒內(nèi)產(chǎn)生壓縮熱應力。由此可見，雖然無外力的作用，但如果溫度變化引起的熱變形受到外部的約束，也會在物體內(nèi)部產(chǎn)生應力。另一種情況是，在同一物體內(nèi)部，如果溫度的分布是不均勻的，雖然物體不受外界的約束，但由于各處溫度不同，每一部分因受到不同溫度的相鄰部分的影響，不能自由伸縮，也會在物體內(nèi)部產(chǎn)生熱應力。

編輯推薦

《巖石熱破裂的研究及應用》是國家自然科學基金重點項目之一，全書共分7章，分別對巖石熱應力的基礎(chǔ)知識、熱彈塑性力學模型及數(shù)值解法、固熱耦合問題及數(shù)值解法、巖石熱應力的幾個問題、巖石熱破裂的物理實驗、巖石熱破裂的數(shù)值實驗以及對高溫巖體地熱開發(fā)的數(shù)值模擬作了詳細的介紹?！稁r石熱破裂的研究及應用》可供各大專院校作為教材使用，也可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書使用。

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