本书共7章，围绕岩石中的应力波和振动理论，讲述了岩石物理和动力学理论与方法。主要内容包括：岩石声场和波动原理、岩石热弛豫波动分析原理、岩石波动与细微观结构相互作用原理、岩石微界面动力学原理、复杂应力状态下岩石波动效应、岩石非均匀性与波动原理以及岩石波动过程的量纲分析原理。本书包含了最新的研究成果，具有较强的前沿性；在内容的组织上，以基础理论研究为主，兼顾工程应用。
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第1章 岩石声场和波动原理 1
1.1 引言 1
1.2 离散波与连续波 1
1.2.1 晶格热振动 1
1.2.2 讨论——爱因斯坦模型和德拜模型 5
1.3 强间断波和连续波 5
1.3.1 强间断波动方程——跨波阵面 6
1.3.2 连续波动方程——沿波阵面的表述 11
1.4 波动方程求解 12
1.4.1 波动方程一般解法 12
1.4.2 特征线法求解 13
1.4.3 积分变换法求解 14
1.4.4 格林函数法求解——波与细微观结构的相互作用 16
1.5 线弹性波和黏弹性波 19
1.6 扩散过程和波动过程 21
1.7 典型波、波速和频散 23
1.8 面波 26
1.8.1 瑞利面波 26
1.8.2 勒夫面波 27
1.8.3 斯通莱面波 28
1.9 散射——瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射 28
1.10 小结 31
参考文献 31
第2章 岩石热弛豫波动分析原理 33
2.1 引言 33
2.2 典型的理论模型 34
2.3 基于时温等效原理的实验研究 37
2.3.1 实验技术 37
2.3.2 时温等效原理 38
2.4 热弛豫波动模型 41
2.4.1 流变模型与德拜方程 41
2.4.2 基于热激活机制波动模型 43
2.4.3 热弛豫波动模型分析 45
2.5 热弛豫波动实验现象的进一步讨论 47
2.6 基于热弛豫机制的P波波动分析 48
2.6.1 P波波速和衰减理论分析 48
2.6.2 Biot模型、BISQ模型和热弛豫模型比较 50
2.6.3 P波频率谱和温度谱 52
2.7 基于热弛豫机制的S波波动分析 56
2.7.1 S波波速和衰减理论分析 56
2.7.2 S波频率谱和温度谱分析 57
2.8 热弛豫模型的初步应用 60
2.9 宏观唯象波速的半理论分析 61
2.9.1 岩石中宏观波速的尺度效应和频散效应 61
2.9.2 岩石中宏观唯象波速的半理论分析 62
2.9.3 宏观唯象波速半理论公式的应用 64
2.10 小结 68
参考文献 69
第3章 岩石波动与细微观结构相互作用原理 72
3.1 引言 72
3.2 实验技术 72
3.3 实验结果 74
3.4 基于格林函数法的理论模型 77
3.4.1 双裂纹模型 79
3.4.2 单椭圆孔洞模型 80
3.4.3 双椭圆孔洞模型 82
3.4.4 数值计算 87
3.5 缺陷内部应力边界条件 90
3.5.1 均匀应力分布边界条件 91
3.5.2 等刚度系数应力边界条件 92
3.5.3 模型计算结果 92
3.6 含多种尺寸缺陷的岩石弹性波传播 96
3.7 弹性波传播与地应力状态 99
3.7.1 开挖卸荷对岩石声波地震波速度的影响 99
3.7.2 开挖卸荷过程中岩石波速 101
3.7.3 几何结构变化对声波波形的影响 103
3.7.4 声波和地震波波速与地应力确定 104
3.8 小结 105
参考文献 105
第4章 岩石微界面动力学原理 107
4.1 引言 107
4.2 粗糙表面形态及描述 107
4.2.1 随机抽样法 107
4.2.2 激光扫描和BG法 108
4.2.3 粗糙表面的对称群描述及演化 109
4.3 微动摩擦表面演化 112
4.3.1 岩石节理微动摩擦过程 112
4.3.2 微动摩擦表面变形的控制方程 115
4.4 岩石微动摩擦实验技术 117
4.4.1 杆束实验技术 117
4.4.2 声发射实验技术 118
4.4.3 红外测温技术 121
4.5 岩石微动摩擦过程的物理特性 127
4.5.1 界面微动滑移特性 127
4.5.2 界面微动滑移的声发射和温升 128
4.6 小结 134
参考文献 134
第5章 复杂应力状态下岩石波动效应 136
5.1 引言 136
5.2 主动和被动围压实验 138
5.3 动态压剪实验 139
5.3.1 实验原理 139
5.3.2 花岗岩压剪动特性 141
5.3.3 花岗岩压剪耦合特性 142
5.4 真三轴应力状态下动态冲击实验 145
5.4.1 实验原理 145
5.4.2 混凝土三轴动特性 147
5.4.3 混凝土三轴强度 149
5.4.4 中间主应力影响 151
5.4.5 讨论——横向效应 151
5.5 三轴应力状态下侵彻性能 152
5.5.1 实验原理 152
5.5.2 三轴静载下的侵彻响应 154
5.6 岩石矿物静高压研究 159
5.7 小结 163
参考文献 164
第6章 岩石非均匀性与波动原理 167
6.1 引言 167
6.2 实验技术 167
6.2.1 X射线成像与衍射 167
6.2.2 数字散斑技术 169
6.2.3 岩石中的位移场和应变场 172
6.3 岩石非均匀性的表征和演化 173
6.3.1 同时X射线成像与衍射 173
6.3.2 数字散斑结果与Weibull分布统计 177
6.3.3 应变场中非均匀性的演化 180
6.4 非均匀性波动传播 186
6.4.1 碳化硼颗粒体系中非均匀性压缩带演化 186
6.4.2 碳化硼固体中损伤导致的非均匀性演化 188
6.5 岩石压剪耦合波动方程 191
6.5.1 岩石压剪耦合本构模型的特点 191
6.5.2 岩石压剪耦合波动方程 192
6.6 岩石细观非均匀压剪耦合波动传播 193
6.6.1 基于微力学的应力应变关系 193
6.6.2 压剪耦合的应力应变关系 195
6.6.3 压剪耦合的波动传播 197
6.7 岩石热力耦合波动方程 202
6.8 小结 205
参考文献 206
第7章 岩石波动过程的量纲分析原理 207
7.1 引言 207
7.2 π定理与量纲分析 208
7.3 岩石波动过程中的无量纲量 209
7.4 岩石中无量纲量的演化律 211
7.4.1 时温等效原理中的时间与温度的演化 211
7.4.2 孔隙流动中特征频率演化 212
7.4.3 侵彻过程中强度机制与压缩机制的演化 214
7.4.4 岩石动态破坏过程中拉伸破坏与剪切破坏的演化 214
7.5 岩石动力学过程的量纲分析 215
7.6 小结 219
参考文献 220
附录2A 孔隙介质模型 221
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