微波热致岩石损伤与断裂力学

本书基于热弹性理论和损伤断裂力学理论，以岩土工程中的典型岩石（花岗岩、玄武岩）为研究对象，探讨岩石的微波加热响应特征及损伤演化、失效过程，致力于建立微波能量输入与岩石力学性能劣化之间的定量关系，为促进相关微波加热工程应用提供理论依据。

本书通过对花岗岩与玄武岩及其主要矿物成分进行系统的微波加热试验研究，分析矿物组成对岩石微波加热特性的影响规律；基于主要矿物成分的介电耗散性能建立微波加热岩石理论模型，研究微波能量输入下岩石温度场及应力场演化规律，探讨微波能量参数、矿物组构及其电磁、热物理性能对温度场及应力场分布的影响规律；基于格里菲斯断裂理论，分析岩石裂纹扩展规律，并结合细观损伤定义，建立微波照射下岩石损伤演化理论模型，定量研究岩石损伤演化规律及其影响因素；基于最大周向拉应力断裂判据，研究微波照射下岩石内部初始裂纹扩展的临界应力，探讨矿物组成对岩石内部裂纹扩展行为的影响，揭示微波照射下岩石断裂破坏机理。随着人类生存空间开发利用及资源开采逐步向地下深入，深地工程中的岩石破碎安全及效率面临更加严峻的挑战，前期通过微波照射劣化硬岩强度，之后进行机械破碎，可有效提高能源效率，然而如何控制微波能量参数及作用方式，优化岩石强度劣化效果仍需进一步研究。与此同时，以硬岩碎块为主要成分（粗骨料）的混凝土循环利用中引入微波加热技术有望实现天然粗骨料完全解离，从而回收高品质粗骨料，在此过程中，基于粗骨料周围砂浆情况，优化微波能量输入方式，避免骨料热损伤值得深入研究。综上，微波能量作用下岩石损伤与断裂机理是解决微波辅助破岩及回收高品质粗骨料中技术难题的共同理论基础。本书基于热弹性理论和损伤断裂力学理论，以岩土工程中的典型岩石（花岗岩、玄武岩）为研究对象，探讨岩石的微波加热响应特征及损伤演化、失效过程，致力于建立微波能量输入与岩石力学性能劣化之间的定量关系，为促进相关微波加热工程应用提供理论依据。

袁媛，西南建筑科技大学，讲师，博士研究生，现从事岩石多场耦合损伤及断裂力学机理研究。袁媛，西南建筑科技大学，讲师，博士研究生，现从事岩石多场耦合损伤及断裂力学机理研究。

"第1章绪论1
1 .1研究背景1
1 .2研究现状4
1 .2 .1岩石的微波能量耗散机理4
1 .2 .2微波能量作用下岩石细观开裂特征10
1 .2 .3微波能量作用下岩石力学性能劣化规律13
1 .3研究内容16


第2章微波热致岩石温度场及应力场分布演化规律18
2 .1岩石试样的微波加热响应特征18
2 .1 .1岩石试样的结构构造特征18
2 .1 .2主要成岩矿物的介电性能及加热响应21
2 .1 .3岩石试样的介电性能及加热响应29
2 .2微波加热复合矿物岩石模型建立38
2 .2 .1模型构型38
2 .2 .2控制方程及边界条件39
2 .2 .3温度场及应力场解析解42
2 .3复合矿物岩石温度场及应力场分布演化规律48
2 .3 .1复合矿物温度场分布演化规律48
2 .3 .2复合矿物应力场分布演化规律53
2 .3 .3微波能量输入及矿物物理性能影响分析59
2 .4微波加热岩石多场耦合理论模型建立67
2 .4 .1多相矿物岩石模型构型67
2 .4 .2网格划分方法69
2 .4 .3电磁-热-力物理场耦合方程及边界条件70
2 .5矿物结构对岩石温度场及应力场的影响分析73
2 .5 .1多相矿物结构对温度场分布演化规律的影响73
2 .5 .2多相矿物结构对应力场分布演化规律的影响78
2 .6本章小结79


第3章微波热致岩石细观损伤演化机理81
3 .1均匀电磁场中岩石的裂纹扩展规律81
3 .1 .1理论模型建立81
3 .1 .2裂纹扩展的临界微波能量83
3 .1 .3基于裂纹扩展规律的岩石强度劣化规律预测85
3 .1 .4理论模型结果验证87
3 .2复合矿物结构岩石中裂纹扩展规律89
3 .2 .1裂纹扩展理论模型建立89
3 .2 .2复合矿物结构岩石裂纹扩展规律90
3 .2 .3复合矿物结构岩石裂纹扩展理论规律验证98
3 .3矿物组构对裂纹密度及贯通性发展规律的影响分析103
3 .3 .1矿物组构对裂纹密度变化特征的影响103
3 .3 .2矿物组构对裂纹网络发展规律的影响105
3 .4微波热致岩石损伤演化规律108
3 .4 .1复合矿物岩石损伤演化模型建立108
3 .4 .2复合矿物岩石损伤演化规律分析108
3 .4 .3岩石矿物物理性能影响分析111
3 .5本章小结115


第4章微波热致岩石断裂力学机理117
4 .1复合矿物岩石初始裂纹扩展断裂力学机理117
4 .1 .1不同扩展模式的初始裂纹尖端应力状态117
4 .1 .2初始裂纹尖端应力强度因子及开裂方向120
4 .1 .3裂纹扩展所需的临界微波能量124
4 .1 .4矿物结构对岩石初始裂纹扩展规律的影响分析130
4 .2多相矿物结构岩石裂纹扩展行为141
4 .2 .1微波能量作用下岩石断裂韧度劣化规律141
4 .2 .2多相矿物界面开裂与断裂韧度劣化相互影响分析145
4 .3反映裂纹扩展的岩石宏观力学性能劣化机理148
4 .4本章小结152


参考文献155"