巖石熱破裂的研究及應(yīng)用

內(nèi)容概要

本書介紹了巖石熱應(yīng)力的基礎(chǔ)知識(shí)、均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型和均質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型及數(shù)值解法、非均質(zhì)巖石的隨機(jī)概率分布和巖石細(xì)觀單元的賦值的基本概念，詳細(xì)敘述了隨機(jī)非均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型和隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型及數(shù)值解法，對(duì)巖石熱破裂的成果進(jìn)行了敘述，特別是詳細(xì)地介紹了在巖石熱破裂數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究方面的最新成果，并對(duì)巖石熱應(yīng)力的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了討論，最后對(duì)高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)進(jìn)行數(shù)值模擬。    本書內(nèi)容豐富，可供力學(xué)、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(jiǎn)介

康健，男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，1961年8月生，1983年7月畢業(yè)于新疆師范大學(xué)數(shù)學(xué)系，2004年6月于遼寧工程技術(shù)大學(xué)獲工程力學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任大連工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)系主任，主要從事工程力學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的研究。在國(guó)內(nèi)外核心期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文20

書籍目錄

第1章  緒論  1.1  熱應(yīng)力概述  1.2  巖石熱應(yīng)力基礎(chǔ)    1.2.1  熱傳導(dǎo)    1.2.2  熱傳導(dǎo)基本方程    1.2.3  單值性條件    1.2.4  熱彈性力學(xué)模型第2章  熱彈塑性力學(xué)模型及數(shù)值解法  2.1  均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型    2.1.1  均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型    2.1.2  屈服條件和屈服函數(shù)    2.1.3  流動(dòng)法則和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系  2.2  均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)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(yīng)力法    2.2.3  彈塑性分析的初應(yīng)變法  2.3  非均質(zhì)巖石的隨機(jī)概率分布    2.3.1  非均質(zhì)巖石隨機(jī)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(xì)觀單元的賦值  2.5  三維隨機(jī)非均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型    2.5.1  基本假設(shè)和物理力學(xué)基礎(chǔ)    2.5.2  隨機(jī)非均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型  2.6  非均質(zhì)熱彈塑性力學(xué)模型的數(shù)值解法第3章  固熱耦合問(wèn)題及數(shù)值解法  3.1  均質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型    3.1.1  固體變形控制方程    3.1.2  溫度場(chǎng)控制方程及邊界條件    3.1.3  固熱耦合數(shù)學(xué)模型  3.2  均質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)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(dǎo)方程的有限元數(shù)值解法    3.2.3  固熱耦合數(shù)學(xué)模型的有限元分析  3.3  隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型    3.3.1  基本假設(shè)和物理力學(xué)基礎(chǔ)    3.3.2  三維隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型  3.4  隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解法    3.4.1  隨機(jī)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(jī)介質(zhì)熱傳導(dǎo)方程的有限元數(shù)值解法    3.4.3  隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型的有限元分析第4章  巖石熱應(yīng)力的幾個(gè)問(wèn)題  4.1  均質(zhì)平面軸對(duì)稱熱彈性問(wèn)題    4.1.1  平面應(yīng)力情況（圓板問(wèn)題）    4.1.2  平面應(yīng)變情況（圓筒問(wèn)題）  4.2  均質(zhì)球?qū)ΨQ的熱應(yīng)力    4.2.1  同心空心球問(wèn)題    4.2.2  實(shí)心球問(wèn)題  4.3  均質(zhì)彈塑性熱應(yīng)力問(wèn)題    4.3.1  圓筒的熱應(yīng)力問(wèn)題    4.3.2  平板的熱應(yīng)力問(wèn)題    4.3.3  圓柱的熱應(yīng)力問(wèn)題  4，4  隨機(jī)介質(zhì)平面軸對(duì)稱問(wèn)題    4.4.1  隨機(jī)介質(zhì)熱彈性力學(xué)模型的極坐標(biāo)基本方程    4.4.2  平面軸對(duì)稱問(wèn)題    4.4.3  計(jì)算實(shí)例  4.5  隨機(jī)介質(zhì)球?qū)ΨQ問(wèn)題  4.6  隨機(jī)固熱耦合平面軸對(duì)稱問(wèn)題    4.6.1  隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合數(shù)學(xué)模型的極坐標(biāo)基本方程    4.6.2  隨機(jī)介質(zhì)固熱耦合平面軸對(duì)稱問(wèn)題    4.6.3  計(jì)算實(shí)例第5章  巖石熱破裂物理實(shí)驗(yàn)  5.1  巖石熱破裂現(xiàn)象  5.2  巖石熱破裂的檢測(cè)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(shí)驗(yàn)    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(guò)程    5.4.3  巖石熱破裂的微觀機(jī)制    5.4.4  巖石的熱破裂損傷  5.5  高溫下巖石的力學(xué)性質(zhì)    5.5.1  溫度對(duì)巖石彈性模量的影響    5.5.2  溫度對(duì)泊松比的影響    5.5.3  溫度對(duì)孔隙度和滲透率的影響    5.5.4  溫度對(duì)巖石強(qiáng)度的影響    5.5.5  不同溫度下巖石的應(yīng)力和應(yīng)變的變化    5.5.6  溫度對(duì)波速的影響  5.6  高溫下巖石的熱物理特性    5.6.1  溫度對(duì)巖石熱導(dǎo)率的影響    5.6.2  溫度對(duì)巖石的比熱的影響    5.6.3  溫度對(duì)巖石熱擴(kuò)散率的影響    5.6.4  溫度對(duì)巖石熱膨脹系數(shù)的影響第6章  巖石熱破裂數(shù)值實(shí)驗(yàn)  6.1  巖石熱破裂門檻值的數(shù)值實(shí)驗(yàn)    6.1.1  數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法    6.1.2  數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果    6.1.3  數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析  6.2  巖石的力學(xué)性質(zhì)的數(shù)值實(shí)驗(yàn)    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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析  6.3  巖石的裂紋擴(kuò)展的數(shù)值實(shí)驗(yàn)    6.3.1  隨機(jī)韋伯分布下巖石的裂紋擴(kuò)展    6.3.2  正態(tài)分布下巖石的裂紋擴(kuò)展    6.3.3  隨機(jī)指數(shù)分布下巖石的裂紋擴(kuò)展  6.4  巖石熱破裂細(xì)觀機(jī)理的數(shù)值實(shí)驗(yàn)    6.4.1  數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法    6.4.2  巖石熱破裂細(xì)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(shí)驗(yàn)    6.6.1  數(shù)值實(shí)驗(yàn)方法    6.6.2  巖石熱傳導(dǎo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析第7章  高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬  7.1  高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介  7.2  工程背景  7.3  高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)人工儲(chǔ)留層二次破裂數(shù)值模擬    7.3.1  數(shù)值實(shí)驗(yàn)的模型簡(jiǎn)化    7.3.2  數(shù)值實(shí)驗(yàn)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(xué)模型    7.4.2  三維數(shù)值模擬參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　緒論1.1 熱應(yīng)力概述力和熱是自然界和人類生活實(shí)踐中廣泛存在的兩種能量表現(xiàn)形式，也是工程力學(xué)中十分常見(jiàn)的能量傳遞現(xiàn)象。同時(shí)承受外力和高溫作用的例子不勝枚舉。例如，火箭、地?zé)衢_(kāi)發(fā)、石油開(kāi)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(yīng)變和應(yīng)力，材料力學(xué)和彈性力學(xué)就是研究物體在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變、應(yīng)力和變形之間關(guān)系的科學(xué)。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(yīng)力，只有當(dāng)溫度變化所引起的膨脹或收縮受到外界約束時(shí)，才會(huì)在物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，這樣的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。例如，如果金屬棒的膨脹是自由的，即不受約束的，則不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果金屬棒被置于兩個(gè)鋼體壁之間并固定住兩端，則在棒受熱溫度升高到ｔ1，后，因?yàn)槭艿戒擉w壁的阻止，無(wú)法膨脹，就會(huì)在棒內(nèi)產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力。由此可見(jiàn)，雖然無(wú)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(huì)在物體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)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(huì)在物體內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。

編輯推薦

《巖石熱破裂的研究及應(yīng)用》是國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目之一，全書共分7章，分別對(duì)巖石熱應(yīng)力的基礎(chǔ)知識(shí)、熱彈塑性力學(xué)模型及數(shù)值解法、固熱耦合問(wèn)題及數(shù)值解法、巖石熱應(yīng)力的幾個(gè)問(wèn)題、巖石熱破裂的物理實(shí)驗(yàn)、巖石熱破裂的數(shù)值實(shí)驗(yàn)以及對(duì)高溫巖體地?zé)衢_(kāi)發(fā)的數(shù)值模擬作了詳細(xì)的介紹。《巖石熱破裂的研究及應(yīng)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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