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- 1 - 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 附 件： 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 (用外文寫 ) - 2 - 附件 1：外文資料翻譯譯文 巖石力學(xué)與巖土工程。 2009， 1（ 1）： 1石動態(tài)強(qiáng)度和巖石物理性質(zhì)的力量 錢齊虎 1 *， 齊 承志 2， 王明陽 1 1工程學(xué)院工程作物 協(xié)會 ，解放軍理工 大學(xué) ，南京， 210007，中國 2學(xué)校的公民權(quán)利和通信工程，北京建筑工程學(xué)院，北京， 100044，中國 收到 2008年 12月 18日，在經(jīng)修訂的形式收到的 2009年 4月 19日， 接受 2009年 5月26日 摘要 ： 由 時間 引起 的巖石變形和破裂的依賴是常常被忽視 的 。 然而， 時間依賴 對于材料的 變形和破裂過程 有至關(guān)重要的作用 ，特別是對那些受強(qiáng)大的動態(tài) 荷載的研究 。在本論文中，我們調(diào)查 巖石 的變形和裂縫，巖石強(qiáng)度依賴 的 物理 特性 起源于微觀尺度，以及當(dāng)時的機(jī)制。 利用熱激活和 宏觀粘性機(jī)制 ， 我們解釋了巖石強(qiáng)度應(yīng)變率 的 敏感性。 這些巖石強(qiáng)度在不同的范圍 內(nèi) 機(jī)制占主導(dǎo)地位的的應(yīng)變率。 這也表明 應(yīng)變速率依賴莫爾庫侖型構(gòu) 關(guān)系可以用來描述應(yīng)變動態(tài)巖石破碎率的影響。裂隙巖體的應(yīng)變率和粒徑 之間的關(guān)系還 將提議 。 本文對 若干時間相關(guān) 破壞 準(zhǔn) 則進(jìn)行了討論，并 對 它們的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行了討論。最后， 對 動態(tài)強(qiáng)度理論的運(yùn)用進(jìn)行了討論。 關(guān)鍵詞： 巖石 動態(tài)； 變形和裂縫 ； 時間依賴性 ； 動 態(tài) 強(qiáng)度 ； 斷裂準(zhǔn)則 1 引言 傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論的主要 考慮的是 宏觀變形和連續(xù) 性的 材料 破壞 。 材料強(qiáng)度的 時間依賴 性 通常被忽略。 在這些理論， 當(dāng)巖石中一點(diǎn)的壓力或應(yīng)力結(jié)合時并達(dá)到極限值時，失效將會發(fā)生。 應(yīng)力應(yīng)變的選擇組合以及其限值的是 取決于 基礎(chǔ) 特別強(qiáng)度理論。 其實(shí)，材料破壞過程通常需要 一定 的時間。 由于巖石的 失效 在有限的速度 下 導(dǎo)致 從成核逐步 開始 生長和內(nèi)在的 微觀裂紋的聚結(jié) ， 從而材料 宏觀變形和裂縫 有 時 間依賴性。當(dāng)強(qiáng)度極限達(dá)到極值，強(qiáng)度應(yīng)變率的敏感性和巖石材料裂紋破壞的時間是特殊例子中物質(zhì)反映的時間依賴性。 因此， 對于研究材料變形和破碎的過程， 認(rèn)真考慮的時間依賴性 - 3 - 是必要的 ，特別是對那些受強(qiáng)大的動態(tài)負(fù)載 的情況 。因此，時間依賴性對巖石變形和 開裂的 時間依賴性，在它的起源 有一定的 微觀規(guī)模， 巖石的動態(tài)強(qiáng)度機(jī)制在此篇文章中得到調(diào)查。 2 傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論 傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論（或標(biāo)準(zhǔn)）可能會劃分為 5類：（ 1）最大正應(yīng)力理論，（ 2）最大正應(yīng) 變理論，（ 3） 最大剪應(yīng)力理論，（ 4）最大的特定應(yīng)變能理論（米塞斯標(biāo)準(zhǔn)），和（ 5）莫爾庫侖（ 標(biāo)準(zhǔn)。 在這些 強(qiáng)度 理論 中 ， 過 剪切應(yīng)力理論 修正 ，被廣泛應(yīng)用于巖土工程 實(shí)踐。 據(jù)指出， 準(zhǔn) 和 在德魯克一普拉格 （ 標(biāo)準(zhǔn)，這些在 巖土工程中 也得到 廣泛 應(yīng)用 ，是 修改 的 1 上述標(biāo)準(zhǔn)適用于 在 特殊壓力 狀態(tài)下的 失 效 的模式。 例如， 在 式中 不考慮 中間主應(yīng)力 對材料 強(qiáng)度的影響。 此標(biāo)準(zhǔn) 只需 考慮在剪應(yīng)力平面上的 剪切和正常 壓力 。 因此， 也 可以說是單剪 切 應(yīng)力理論。 單剪應(yīng)力理論 進(jìn)一步的發(fā)展產(chǎn)生了 雙剪應(yīng)力理論， 反過來 又是統(tǒng)一應(yīng)力理論的基礎(chǔ) [4， 5]。單剪 應(yīng)力 理論，雙剪應(yīng)力理論及其他強(qiáng)度理論適用于具體案件，或線性近似的統(tǒng)一強(qiáng)度理論。 統(tǒng)一強(qiáng)度理論代表更普遍的強(qiáng)度理論的 最新 發(fā)展。然而，上述強(qiáng)度理論，遠(yuǎn)遠(yuǎn) 沒有達(dá)到 完善和成熟。 這些強(qiáng)度理論的 主要 缺陷 包括忽視 變形和固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時間依賴效應(yīng)。 3 固體強(qiáng)度的動力學(xué)性質(zhì) 調(diào)查微觀物理性質(zhì)和固體失效機(jī)理可分為兩類：靜態(tài)方法和動力學(xué)方法。 靜態(tài)方法的特點(diǎn)是從作為彈性或粘彈性固體媒體 ， 觀察過渡視為原子或分子固體系統(tǒng)。在這些 系統(tǒng)，原子 們 或分子 們通過 凝聚力連接 了起來， 與外部勢力應(yīng)用于固體的分布在原子或分子之間的聯(lián)系。這樣 ，內(nèi)部力量的作用 將會減小 。因此， 固體失效前的穩(wěn)定性是 是由 （ 1）原子 或分子 之間的 凝聚力 （ 2） 外部因素造成內(nèi)部影響力兩者之間的關(guān)系決定的 。如果內(nèi)部力量比 凝聚力 少，彈性變形將被誘導(dǎo)， 否則，不可逆的變形和破裂 將會 發(fā)生。 在靜態(tài)理論的 微觀中，固體 強(qiáng)度特性 被 描述 為 極限強(qiáng)度 這一 概念，材料 的失效這一情況 被認(rèn)為是一 個標(biāo)準(zhǔn)， 關(guān)鍵事件發(fā)生時的瞬間 是 在任何原子鍵內(nèi)力達(dá)到其關(guān)鍵值。根據(jù)對 固體 原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識， 巖石強(qiáng)度理論即可確定 。 - 4 - 但是， 通過觀察材料，在 靜態(tài)微觀破壞機(jī)理與實(shí)驗(yàn) 中存在兩個矛盾 。第一個是實(shí)際材料的強(qiáng)度（ 1） 要 比理論強(qiáng)度（ σ 次 ≈其中 楊氏模量） 小很多 。根據(jù)以往的調(diào)查， 理論和 實(shí)際強(qiáng)度 顯著性差異 可以歸結(jié)為一個顯著地原因 ，就是 其中的重大缺陷附近的應(yīng)力集中 的 發(fā)生。 第二個矛盾是，靜態(tài)微觀 失效 的概念瞬間事件 失效的假定 ，但實(shí)驗(yàn)表明，材料 失效是一個時間依賴的過程。 失效持續(xù)的時間 可能取決于茹爾科夫的公式。 試圖解決的第二個矛盾 ，由此 引起動力學(xué)理論，理論的第二類 描述了 材料的變形和破裂 。 在動力學(xué)理論，原子系統(tǒng) 取決于 熱 振動，并與之交互的外部負(fù)載。 那個 原子振動改變了 原子間的距離和隨之改變的原子的力量。粗略估計 顯示，頻率上熱分子振動大約持續(xù) 1012— 1013平均動能分配給每一 原子 自由度為原子是 2（其中 K 是 波爾茲曼常數(shù)， T 為絕對溫度）。 當(dāng) T = 300 K 時，由此產(chǎn)生的平均原子力是在 9 800及 原子鍵斷裂具有相同的順序 所需的 14 70000 者能量 之間的區(qū)別被稱為能源的障礙。 這個問題 經(jīng)常聯(lián)系到 非均勻性原子振動， 被 稱為熱力波動， 由此 從混沌運(yùn)動產(chǎn)生熱原子。 這意味著，分發(fā)個別原子 的動能 可能遠(yuǎn)高于平均振動能量 原子。 因此，在單個原子 之間原子力量 可能超過限額的力量 從而導(dǎo)致 原子鍵斷 裂 。 因此，將發(fā)生聯(lián)系，從而導(dǎo)致斷裂。 顯然，從以上分析，熱波動 對原子束 起著破裂的根本作用 。 適用于固體的外部力量的作用是 2倍。 首先，外部勢力比 原子 能量 斷裂 的 屏障 壞的原子束被定義為 ΔU （ f） =其中 f 是力在每一個誘導(dǎo)原子 束， 和外部勢力Δr 是在原子之間的距離變化引起的 外部力量。 第二，力 的概率 ，因?yàn)?加了原子間的距離。因此，之間的相互補(bǔ)償外部勢力和熱波動存在：熱力波動使 破壞的 原子 粘合 成為可能 ，外部勢力排除恢復(fù)打破原子 粘結(jié) 的可能性（某些化學(xué)過程可能 恢復(fù)中斷原子 粘結(jié) ， 例如由密封裂紋在粘土）。 與前面的討論 解決了 對斷裂性質(zhì)的原子 尺度 涉及動力學(xué)。然而，在材料開發(fā)壓裂 中應(yīng)被視為對破損 原子粘結(jié)扎實(shí)的 積累，導(dǎo)致 骨折（微裂紋和微空隙） 的啟動 。這一過程被稱為壓裂本地化 。 - 5 - 熱波動是時間依賴隨機(jī)的過程。 此外，力 去 克服能源 障礙 提供的阻力和增加原子之間的距離。 壓裂的本地化進(jìn)程也需要一段時間來激活和發(fā)展。 所有這些事實(shí)表明，建立在物質(zhì) 失效時是 在原子水平的熱波動是 時間的依賴性 的過程， 大概 需要時間是 啟動和發(fā)展。 較大的外部力量 ， 越短 時間對 克服 能量阻礙將越有好處 ，即會發(fā)生更多的壓裂 很快 。 仍然有問題要解決很多問題 涉及到 變形和固體壓裂動力學(xué)理論。 這種理論正在開發(fā)中。 4 動態(tài)強(qiáng)度理論 從上面的討論，我們可以得出結(jié)論， 材料的強(qiáng)度 不是物理常數(shù) 和 固體壓裂被激活需要時間 去 發(fā)展 和完善 。這些結(jié)論還基于 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 事實(shí)上，許多固體顯示應(yīng)變 內(nèi)力 敏感度 的速率 。 在這種情況下，新的參數(shù)，例如： 應(yīng)變速率和應(yīng)力變化率，應(yīng)考慮到 固體 在變形 和壓裂 。 動態(tài)強(qiáng)度理論擴(kuò)展 是 根據(jù)傳統(tǒng)的固體強(qiáng)度理論和動力學(xué) ， 通過考慮誘導(dǎo)的高動態(tài)效果 應(yīng)變率加載。 巖石的破裂實(shí)力顯著提高 是 在密集的動態(tài)加載 情況下產(chǎn)生的 。一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 [6]。 圖 1和 2是 根據(jù)收集的數(shù)據(jù)加載速率恒定 [7]的情況下得到的 ，其中 τ 是從最初的應(yīng)用加載 到 負(fù)荷 失效的 時間， σ ε 是應(yīng)變率， σ 效情況下的 壓力。 表 1巖石斷裂的優(yōu)勢 [6]。 圖表 1斷裂時間和負(fù)載振幅 間的關(guān)系 [7] 圖表 2巖石強(qiáng)度應(yīng)變率依賴性 [8] 可 以看出，從圖 1，當(dāng) τ >10，失 效 的壓力準(zhǔn)靜態(tài)和疲軟的時間依賴性得到了觀察 。當(dāng) τ 108]時， 可以觀察到 的動態(tài)實(shí)力 迅速增加。 對于 巖石隧道 的周圍 建立變形及壓裂模型，就必須申請 動態(tài)強(qiáng)度理論和 失效 的標(biāo)準(zhǔn)。 圖表 3應(yīng)變限制產(chǎn)量或 屈服限制 [8]。 瑕疵率 - 6 - 在 適當(dāng) 的單軸拉伸 情況下，巖石 的預(yù)期壽命（教唆加載失?。?τ 也許取決于 茹爾科夫的公式： （ 1） 在 有序的 原子熱振動期 [9]中， σ γ 是激活數(shù)量， τ 茹爾科夫的公式表明熱激活性質(zhì)和固體變形，斷裂的給出了作為實(shí)力的依賴時間生命 。 （ 2） 也就是ε ε 是在加載過程恒應(yīng)變率 。 （ 3） （ 4） 其中 ε ?0 =ε o/τ 況下 最大的可能應(yīng)變率。 持有類似的公式為動態(tài)剪切真實(shí)力 （ 5） 其中 τγ 激活量是根據(jù)剪切變形， γ ?是剪應(yīng)變率， γ0 是極限剪應(yīng)變， γ ?0 =γ0/τ0 。 原則上， 固體 在獨(dú)立壓力的情況 對應(yīng)變率 與拉伸強(qiáng)度類似 ，但該參數(shù)的值 的 公式是不同的。只有壓縮和剪切 的 優(yōu)點(diǎn)將 會 在本文件 可以 審查。齊 和 錢 [10]已 在微觀理論的基礎(chǔ)上 重新獲得 了 茹爾科夫公式 。 由斯塔夫羅和 驗(yàn) [11]顯示 了 均衡器。（ 4）及（ 5）可以描述應(yīng)變率 壓縮的 敏感性， 巖石的 剪切和拉伸強(qiáng)度 在 相對 較低應(yīng)變速率 的情況下實(shí)現(xiàn) 。他們的研究結(jié)果表明，熱激活機(jī)制 對 力量應(yīng)變率敏感性占主導(dǎo)地位。當(dāng)應(yīng)變率超過某一閾值，應(yīng)變速率力量 的 靈敏度 將達(dá) 到一個新的 形式 ，其中 強(qiáng)度伴隨拉緊的增加而快速增加！ 固體變形和破裂 會更加絕熱。 在這種情況下，根據(jù) 現(xiàn)有 的知識，聲阻尼（宏觀粘度）發(fā)揮主導(dǎo)作用。 調(diào)查顯示的一般在圖 4情況下 固體 [11]原始動態(tài)強(qiáng)度的特征 。在低應(yīng)變率 機(jī)制下 ，材料的強(qiáng)度 伴隨著 應(yīng)變速率增加 而緩慢增加 。這個 機(jī)制 是暫時定名為制度 1。當(dāng)應(yīng)變率超過閾值，強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的增加而增加迅速 ， 這一制度被命名制度 2。當(dāng)應(yīng)變速率非常高，在 制度 1， 應(yīng)變率的依賴力量 與 再次變得薄弱的情況有點(diǎn)類似。這一制度被命名 - 7 - 制度 3（圖 4）。 圖 4應(yīng)變率對動強(qiáng)度的脆性 材料（ ε 1≈10 0s - 1的， ?s?≈10 3的 S - 1， ε 2≈10 4）。 從制度 1 至 2 平穩(wěn)過渡代表著變形逐步發(fā)生變化， 和 在過渡期間 實(shí)效 的機(jī)制，即制逐步失去優(yōu)勢 ， 與聲子阻尼（宏觀粘度）逐漸出現(xiàn)的主要機(jī)制。但是，兩個機(jī)制不并存。 在制度 2，材料的 性能表現(xiàn)與它的粘度 有密切的關(guān)系。一般來說，粘度可以被定義為沿著速度梯度運(yùn)輸?shù)膭蓊^。在一個穩(wěn)定的沖擊波的 過程中，粘度可看作是動量沿軸線擴(kuò)散波的傳播 [12]。通常的粘度被認(rèn)為是物質(zhì)屬性，它描述相稱之間的粘性應(yīng)力分量和速度梯度或應(yīng)變率，并依賴于溫度。然而，更復(fù)雜的構(gòu)行為可以出現(xiàn)在沖擊負(fù)荷。 從制度 2到制度 3 的過程 同時 伴隨著 較弱的應(yīng)變實(shí)力的依賴 于 比率 、 基普等。 [13]確定 了在 不同應(yīng)變率的壓裂壓力 下的 竹形裂紋。 這些 表明，當(dāng)應(yīng)變率的增長 時 ，壓裂 的裂縫應(yīng)力增加幅度，并非常高應(yīng)變率 下 成為有效獨(dú)立的裂紋尺寸。在應(yīng)變率非常高 的情況下 ， 更 廣泛的裂紋 開始形成和失效的增長是在多種形式裂紋增長和聚結(jié)情況下進(jìn)行的。 這種示范效應(yīng)的卡爾特 霍夫報告 運(yùn)用了 肖基 [14]使用短脈沖加載裂縫有限長度。研究結(jié)果意味著，在從進(jìn)程 2到 3過渡中 ，變形 和 壓裂 的地方的位置 是逐漸減少 的 ，均勻性的變形和裂縫逐漸出現(xiàn)。 在高應(yīng)變率， 原子裂變數(shù)量的迅速增加 除了非熱增長裂縫 ，其他都是基于在完整部分內(nèi)部破裂分子的熱漲。 換句話說，在熱激活機(jī)制是在缺少了一個重要的應(yīng)力集中 情況下的反饋 。那個唯一存在的缺陷導(dǎo)致的 破壞 率上升 ， 這些斷裂是于當(dāng) 時 的具體特 點(diǎn) 能量消耗的變形 的 一生 中 。在非常高的染色率 下，因?yàn)閹r石的整個過程中的積累，材料碎片在破壞后是非常小的。 因此，根據(jù)現(xiàn)有的 珍貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的 分析，另一種結(jié)論關(guān)于巖石強(qiáng)度的應(yīng)力率可以得出 。在低應(yīng)變率， 巖石的變形和裂縫的控制 由熱激活機(jī)制和力量 應(yīng)變率敏感性可以通過均衡器表示。（ 4）和（ 5）。 當(dāng)應(yīng)變速率增加，聲子阻尼 （宏觀粘度）機(jī)制出現(xiàn)了，逐步發(fā)揮主導(dǎo)作用。 由于 巖石裂紋的傳播速度受限于瑞麗波速度， 粘度隨系數(shù) 隨著應(yīng)變率的下降而下降。 在結(jié)構(gòu)層面上，減少 粘度與應(yīng)變速率激活內(nèi)部度自由和細(xì)觀顆粒相關(guān)的議案。 在 非常高應(yīng)變率，固體取得的應(yīng)力接近理論極限的 應(yīng) 力。 在這 種 情況下，裂紋尺寸范圍 是 - 8 - 從一開就開始積累的 。 在完整的地區(qū)，分子間 鍵被 打破。 這些斷鍵作為成長 無熱細(xì) 胞核的損傷，以及熱激活機(jī)制激活。 這意味著 本地化的變形和破壞正在逐步丟失。 因此，熱激活機(jī)制再次 出現(xiàn)伴隨著在高應(yīng)變率下出現(xiàn)的機(jī)制變形和破碎 。 此外，敏感性強(qiáng) 度 對應(yīng)變率可以作為熱激活和宏觀粘性機(jī)制競爭之間的結(jié)果。 粘性 機(jī)制及其數(shù)學(xué)公式研究 下文。 巖 石 內(nèi)的粘度 是有區(qū)分的 ，甚至這是經(jīng)歷了不斷的變形率 且 是非常大。這顯然與事實(shí) 的 變形和破裂的地方采取 了 不同的 方法尺度。 巖石具有多層次結(jié)構(gòu)。這一觀察 對它們的物理及機(jī)械性能的變形至關(guān)重要。 例如，巖石的多層次結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到它的 黏度 。 在工程實(shí)踐中，粘度可分為 3 級，即宏觀，中觀，微觀水平 。 在數(shù)學(xué)上，粘度 η 所表達(dá)的是 通過 公式如下： η = ′ （ 6） 其 中 ′ 是 松弛 時間 [15]。 該 材料 的松弛 不僅 由于 結(jié)構(gòu)元素之間的相對滑動，而且 還猶豫這些要素的重組和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化 。 因此， 巖石的松弛伴隨著 放寬擴(kuò)容 。 當(dāng)巖石結(jié)構(gòu) 斷裂 ，應(yīng)力 集中 出現(xiàn)， 伴隨 著時間 增長 而減少。這 松弛的 時間 與結(jié)構(gòu)元素的大小 成正比和增長速 率 感應(yīng) 的 缺陷 成反比 。在 膨脹的 過程 中 ，結(jié)構(gòu)缺陷往往發(fā)生 在不規(guī)則的巖石里 。 該增長速度引起的缺陷（如位錯和微型和 宏觀破壞 ） 受到限制 。 此外，它 還 依賴于 外部壓力的應(yīng)用和應(yīng)力松弛。 從現(xiàn)象學(xué)的角度來 看， 缺陷增長的速率 被假定為一個應(yīng)變功能率，即 (7) 擴(kuò)大式。（ 7泰勒系列），我們得到 (8) 其中 率的 增長 缺陷 在固定的變形程度 下 有必要在這里指出， 熱激活機(jī)制有助于缺陷增長的速率。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳播速度的 缺陷（增 長速度 缺陷）僅限于從 慮到 這， 我們選擇下面的公式來近似 的概括應(yīng)變速率的增長不只是因?yàn)楹暧^粘度： （ 9） 其中 b， ξ ， λ 和 另一方面，根據(jù) 型作者：季奧諾夫等。 [23]， 當(dāng) 變形率 超過ε ?? =σ ()時， 與內(nèi)部元 素巖尺寸 其中 ≈ 2×10?6 cm/個 參數(shù)表征，由于應(yīng)力集中 是由于 巖石 的非均質(zhì)性所決定的 。 - 9 - 因此，應(yīng)變率是 與 尺寸 [23] （ 10）（ 11）（ 12） 在這種情況下，對右邊的第一個任期式。（ 12），可作為熱激活機(jī)制變形 [16]的最大貢獻(xiàn)式， 第二 個是宏觀黏度的貢獻(xiàn)機(jī)制 。 因此，宏觀黏度機(jī)制可以表達(dá)為： （ 13） 從上面的分析，結(jié)果表明，變形率 的增加 導(dǎo)致粘度降低，這意味著 巖石的 變形和破裂逐漸收斂在宏觀和微觀尺度 內(nèi) 。 抗壓強(qiáng)度 對于 應(yīng)變率 比較 敏感 ， 然后 可以總結(jié)出 以下兩個條款： （ 14）（ 15） 對右邊 等式 第一個 條款 。（ 14） 和 （ 15） 是對于熱力學(xué)機(jī)制的總結(jié) ，第二項代表這些機(jī)制的粘度。 對于（ 13）等式，宏觀的黏度可以通過以下式子表達(dá)為： （ 16）和（ 17） 其中 b與 制最大 的貢獻(xiàn) ， 度的影響是隱含在這 些 公式 里 。 最后， 強(qiáng)度 和 應(yīng)變率 之間的關(guān)系 統(tǒng)一 得到。它包括熱激活 和黏度機(jī)制作為兩個相互競爭的機(jī)制 ，即 （ 18）（ 19） 通過影響巖石的強(qiáng)度將引起溫度的增加。大體上，當(dāng)溫度達(dá)到其消融溫度的 85%，金屬的強(qiáng)度將降低，它的產(chǎn)生不同于上式（ 18）（ 19）的計算結(jié)果。然而，巖石的消融溫度對于那些金屬來說是相當(dāng)高的。大體上對于巖石產(chǎn)生的影響的溫度與其消融溫度不是很接近。因此，（ 18）（ 19）等式更適用于巖石。 熱激活機(jī)制 在靠近 應(yīng)力集中區(qū)和在低應(yīng)變速率 下的邊界巖晶表現(xiàn)的更加明顯 。在非常高應(yīng)變率 下 ， 完整的巖石區(qū)域下熱激活機(jī)制再次被激活， 但 在這些制度下， 均衡器的參數(shù)（ 4） 和 （ 5）應(yīng)該是不同的，與 γ ， τγ 是高應(yīng)變率 下表現(xiàn) 較低。 在圖標(biāo) 5中，通過 碳化硅 、 鋁 、 氧化氮 、 花崗閃長巖和白云石的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 被展現(xiàn)出來。 左邊 部分 的 實(shí)驗(yàn)曲線幾乎 是筆直的 水平線（圖 5（ a））。因此，它是很容易 通過（ 18） - 10 - （ 19）的數(shù)據(jù)擬合來確定 項目 U /γ , K /γ , S G /γ和 K /γ。 表 5（ a）和（ b） 考慮到低應(yīng)變率 的情況下， 宏觀粘度是非常小，它可能會認(rèn)為的熱激活機(jī)制的 通過表 （ 4）及（ 5） 表現(xiàn)是非常 小 的 ，而 依靠于應(yīng)變率物質(zhì)強(qiáng)度也是很微弱的。 另一方面，宏觀粘度在表（ 18）和（ 19） 右側(cè)的兩個條件下 ， 高應(yīng)變率 是占主導(dǎo)地位。為方便，左（水平）的曲線 在 圖 5 中 可能延長到右側(cè)。 這 之間的直線連線被選為 對 宏觀粘度疊加的基礎(chǔ)。 根據(jù)上述描述， 例如通過運(yùn)用 （ 18）和（ 19） 的例子已經(jīng)可以得到計算結(jié)果 。對這些計算的結(jié)果與格雷迪 [報告 12]的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較 ， 計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合（圖5）。這表明，所建模型具有良好的物理基礎(chǔ)，它是適用于廣泛的應(yīng)變率 領(lǐng)域 ， 而且它對于實(shí)際的應(yīng)用更加簡單方便。 （ 20） 慮時間 因素 的強(qiáng)度理論 沖標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù) 沖 標(biāo)準(zhǔn) [17]，當(dāng)脈沖總額 到了極限值，即∫ t） o 時，即將發(fā)生失效。 在一個一維的情況 下，之間的關(guān)系固體中應(yīng)力σ 和粒子速度 V 兩者之間的關(guān)系可以 表示為 σ=ρ其中 ρ 是 巖石 的密度和 D 是沖擊波的傳播速度。 通過 沖標(biāo)準(zhǔn)及以上關(guān)系可以歸納出公司（ 21）。 其中 標(biāo)準(zhǔn)的沖動表示壓裂工藝 中 損傷累積性質(zhì)，壓裂工藝，恰逢與朱可夫的標(biāo)準(zhǔn) 吻合 。 另一方面，如果沖擊波 的特征長度 是 L'，然后 u = L'ε ， 然后 （ 21）變?yōu)?（ 22）式。 這表明， 當(dāng)應(yīng)變 達(dá)到臨界 標(biāo)準(zhǔn)下時， 壓裂發(fā)生 。因此 ，第二 強(qiáng)度 理論可以應(yīng)用到動態(tài)壓裂問題。蠕變現(xiàn)象和力量應(yīng)變速率 的 敏感性顯示 壓裂時間效應(yīng) ;他們的物理起源是一致。通過 乘以朱可夫的公式與亞歷山德羅蠕變公式 時可以得到的。因此 ，同樣得出結(jié)論，即臨界應(yīng)變破壞是相同的，無論應(yīng)變率 是怎樣應(yīng)用的。 實(shí)驗(yàn)表明，在剪切，三軸壓縮和其它復(fù)雜加載條件下，一個覆蓋 9級 范圍內(nèi)的應(yīng)變率 ，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變率是只基于溫度 ，應(yīng)力和應(yīng)變率 的影響 。因此，它可以被看作是一 - 11 - 個常數(shù) [18]。這情況表明變形和 破壞之間有 密切 的 關(guān)系 。因此 ，第二強(qiáng)度理論可以被視為一個準(zhǔn)時間標(biāo)準(zhǔn)。 傷演化 下的 破壞準(zhǔn)則 根據(jù)公式（ 19），進(jìn)化破壞的相對參數(shù)ψ可以通過以下公式描述出：公 式（ 23）（ 24）。 根據(jù) 固體 斷裂力學(xué)原理， 當(dāng)平均應(yīng)力 σ （ t,x）超過時空單元 [t ?τ,t]×[0,d ]達(dá)到其靜態(tài)應(yīng)力σ c，開始失效，例如公式（ 25） 其中 r 是空間 坐標(biāo)。這個 標(biāo)準(zhǔn)被稱為莫羅佐夫 20]。 如果我們產(chǎn)生出新的相對參數(shù) J=στ, ，然后公式（ 25）可以變?yōu)椋?26）。 因此，莫羅佐夫 在物理上表現(xiàn)為一個關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)。 庫侖 模型是 應(yīng)變 率 本構(gòu)模型 的基礎(chǔ) 準(zhǔn)對于邏輯材料來說 是一個 簡單實(shí)用的 標(biāo)準(zhǔn) ， 地質(zhì)材料的強(qiáng)度顯 示出明顯的應(yīng)變率依賴（靈敏度）。 因此 ，在分析地質(zhì)力學(xué)問題，有必要考慮對應(yīng)變 率。在 綜合 壓力 的狀態(tài) 下，解釋了壓力的 主要條款，莫爾 效 準(zhǔn)則可以寫成 為（ 27）。 隨著單軸壓縮試驗(yàn)，內(nèi)部凝聚力 式（ 28） 決定 。 通過（ 18）到（ 28）的代換，我們可以得到公式（ 29）。 在方程式（ 29）的最后一部分 , 1/σ 3是應(yīng)力狀態(tài)參數(shù)。 把（ 29）式代入（ 27）， 強(qiáng)度失效標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)力基礎(chǔ)可以確定。 對于高應(yīng)變率加載條件 下， 熱激活 的形式可以 取代靜態(tài) 單軸壓縮強(qiáng)度 σ 為這是熱激活理論在強(qiáng)度影響下的微弱影響：（ 30）（ 31）。 針對 地下爆炸，爆炸 通過 剪切機(jī)制引起的骨折發(fā)生在鄰近的中心 的位置 。該問題此外 還可能簡化 ，因?yàn)?ε r >>εθ ，其中 ε r 是徑向應(yīng)變和 εθ 是切向應(yīng)變。因此，剪應(yīng)變 ε =ε ?ε ≈ε 和體積應(yīng)變 ε 更 近似為 ε+ 2θ ?ε≈ε 。此外，它可以 寫為 r ε? =ε ? 。兩者之間的主應(yīng)力 之間的關(guān)系 為 σ =ασ ，其中 α= =μ/ （ 1 ，μ 是泊松比。 （ 32） . 態(tài) 荷載 加載 下破碎巖石的碎塊大小 - 12 - 一個裂隙巖體強(qiáng)度取決于樣本 大小。一般來說， 材料的 抗壓強(qiáng)度 σ 如下 [21， 22]： （ 33）（ 34）（ 35）（ 36） 方程（ 36）表明，平均尺寸的片段裂隙巖體平均尺寸的片段與 外部負(fù)載 的增長而減小。 這一結(jié)論也證實(shí)了準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)實(shí)驗(yàn)。在一個 1倍骨折的情況下， 根據(jù)動態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)條件下，圖 6顯示了 具體剪變形能 [23]給定的同一曲線平局粒徑 這種關(guān)系適用既剪切斷裂和劈裂骨折 兩種形式 ，可近似的 得到 公式如下： （ 37）圖六 （ 38） 為了預(yù)測單軸 動態(tài)荷載下 片段的平均大小， 該由式 （ 36） 的 就可以通過 （ 18）和（ 19） 分別進(jìn)行確定。 對于接近爆炸中心的碎片平均片段大小的 預(yù)測 ，公式 （ 36） 可以被 使用。但是， 巖石強(qiáng)度的 動態(tài)剪切應(yīng)取決于下面的公式： （ 39） 根據(jù)外部負(fù)載， 壓裂發(fā)生在結(jié)構(gòu)的表面，這些表面位于中心部位最大規(guī)模的碎片中。片段大小 是 在這種規(guī)模的結(jié)構(gòu)性因素 性下的特征尺寸 。 應(yīng)力強(qiáng)度的 進(jìn)一步增加 將導(dǎo)致在下一較低規(guī)模下的壓裂。在這種規(guī)模下結(jié)構(gòu)元素的特征大小是有碎片的尺寸 。應(yīng)變率 的上升 ，圍壓和塑性應(yīng)變硬化可提高中等強(qiáng)度。因此，變形和破裂可能會覆蓋巖體和 碎片尺寸在 小規(guī)模 等級下將會減 少。 5 現(xiàn)代強(qiáng)度理論的應(yīng)用 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)理論中實(shí)效性等因素的介紹提高了我們對于實(shí)效結(jié)構(gòu)的理解。 并可能產(chǎn)生的結(jié)果 與傳統(tǒng)強(qiáng)度理論 有顯著差異。作為一 個例子 ， 在沒有增加時間的情況下，一個三角應(yīng)力脈沖波傳播散列的問題可以考慮如下。 根據(jù)傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論，當(dāng)應(yīng)力波從自由表面反射回來時拉伸盈利產(chǎn)生。當(dāng)產(chǎn)生的啦應(yīng)力遠(yuǎn)離自由表面且達(dá)到臨界值σ，剝落發(fā)生在距離 x =σ t /(2σ m ) ,其中代爾塔時應(yīng)力波的振幅。然而，根據(jù)最新的強(qiáng)度理論， 每一個由反射波覆蓋下的巖石點(diǎn)拉伸應(yīng)力和拉伸容易 導(dǎo)致 壓裂，即剝落。 在 一個特定的時間，巖石部分可能承受的拉伸應(yīng)力較小， 它 可以合理的假設(shè)巖石將需要較長的時間才能破壞 。這樣 的部分可能伴隨著其他部分拉應(yīng)力的增長而發(fā)生同時破 - 13 - 壞，孵化破壞的時間可能較長，例如在連接巖石的一定長度內(nèi)可能同時破壞，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一假設(shè)。因此， 一般都剝落區(qū)定義為具有 寬度 （或厚度）， 反過來也 意味著剝落區(qū)有自己的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。很明顯，如果我們 用 傳統(tǒng)的靜態(tài)強(qiáng)度 理論去 模擬動態(tài)斷裂。這類事件模擬將 不切合實(shí)際。 由爆炸引起的地面振動可能會損壞地面基礎(chǔ)設(shè)施和地下設(shè)施。 評估破壞程度的決定參數(shù)和對基礎(chǔ)設(shè)施安全 的近端是地震震動參數(shù)：加速度，粒子速度，移位。 目前， 對于這些參數(shù) 問題 達(dá)成的共識應(yīng)該應(yīng)用到 爆炸引起的地震結(jié)構(gòu)并沒有得到徹底解決 的問題中去。世界上 的大部分地區(qū) 采用地面速度來作為主要參數(shù) 。這樣一個參數(shù)的使用 與 現(xiàn)場調(diào)查 吻合 ，也就是說，地面速度或 移位 ，不是內(nèi)部的力量控制建筑物和設(shè)施 的破壞 。 這也與 現(xiàn)代強(qiáng)度理論 達(dá)成共識 。 根據(jù)現(xiàn)代 強(qiáng)度 理論， 地下的內(nèi)部爆炸對基礎(chǔ)設(shè)施的破壞時有動態(tài)失效引起的 。 對于動態(tài)失效的 控制參數(shù)是位移或粒子速度。考慮到 隨著時間的推移 位移一體化， 引入的失效 標(biāo)準(zhǔn)涉及諸如控制振動速度和頻率參數(shù)， 與 美國礦務(wù)局，德 國和芬蘭當(dāng)局 的提出相比更為合理 。大量的觀測表明，根據(jù)同樣的地質(zhì)條件，在同一地點(diǎn)與相同的結(jié)構(gòu)類型，當(dāng)振動速度超過了特定類型的建筑特征值 時，對于建筑的破壞等級是一樣的。 6 結(jié)論 通常情況下， 在 巖土工程 中關(guān)于空間方面問 題 的關(guān)注 ，以及時間的依賴 性 往往被忽視。然而，變形的依賴 和 壓裂過程 在 時間 情況下更傾向于下面的 一個事實(shí)，即巖石破裂，需要時間來 活躍去 發(fā)展和完善，巖石強(qiáng)度取決于應(yīng)變率。 對于材料變形的時間依賴效應(yīng)的考慮提高了我們對于材料變形和破壞的認(rèn)識。 在低應(yīng)變率，巖石變形和破裂 被 熱激活機(jī)制 控制 。隨應(yīng)變率的增加，聲子阻尼 （宏觀粘度）機(jī)制，并逐步出現(xiàn) 并 占主導(dǎo)地位。 在非常高應(yīng)變率 下 ， 在微觀尺度 下 變形和 壓裂逐漸發(fā)生， 在 以上的 條件下熱激活機(jī)制重新激活。在這種情況下， 巖石間的大幅度破壞范圍于 在巖石間分子 原先保持完好的部位鍵位同時受到打破 。 這些 斷鍵 替代了破壞增長 核。 這意味著 變形和破壞 的部位 將逐步減少 并最終消失。 在高應(yīng)變率 下 ，熱激活 作為 變形和破裂主要機(jī)制 出現(xiàn) 。因此，應(yīng)變 率 強(qiáng)度的依賴率可能 被認(rèn) 為兩個共存機(jī)制競爭的結(jié)果，熱激活和 宏觀粘性 機(jī)制， 對于應(yīng)變率的不同幅度輪流 起 領(lǐng)導(dǎo)作用。 - 14 - 巖石應(yīng)強(qiáng)度 應(yīng)變率 的依賴率可能 通過這兩個機(jī)制貢獻(xiàn)的和來表示。實(shí) 驗(yàn)和 計算數(shù)據(jù) 的比較 顯示 了這一假設(shè)，也就是 該模型描述了 強(qiáng)度 的依賴 （靈敏度） 在 應(yīng)變率 的情況下優(yōu)于應(yīng)變率 非常廣泛的范圍 。 該模型具有良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，適用 于 應(yīng)變率 的 范圍廣泛， 它對于使用更加簡單方便。 在巖石的大小碎片下加載動態(tài)荷載的影響顯示出：由于在應(yīng)力狀態(tài)、塑性變形的積累和應(yīng)變率下，強(qiáng)度從原來開始該改變的增加，所以在破壞的同時，剪切變形能隨著依靠積累而增加。這也就指出，此種關(guān)系用來描述碎片的大小剛剛好。 阿莫爾 構(gòu)關(guān)系 已經(jīng) 有人提出 ， 不同時空失效標(biāo)準(zhǔn)之間的內(nèi)在關(guān)系已經(jīng)表達(dá)出來并解釋了。這些現(xiàn)在強(qiáng)度理論的使用性 已經(jīng)顯示出并解決了一些傳統(tǒng)強(qiáng)度理論不能輕松解決的不尋常的現(xiàn)象。 參考資料 [1] , T. 980, 106 (9): 1 013– 1 019. 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