系统科学在岩石破裂失稳研究中的应用（一）

运用现代系统科学理论，从突变，耗散结构、结构模式对偶性原理及分形等方面对岩石破裂过程中的失稳进行了研究。在本文的第一部分，研究了试验机与岩石试件所组成的作用系统。认为岩石破裂过程的失稳，从结构稳定性来研究是一种突变结构，而从动力学角度来研究这种突变的过程，则又是一种耗散结构。     

岩石破裂失稳的前兆规律研究

提出用“两体作用”模型来研究自然界的岩体破裂换稳现象。具体分析了两冉体作用系统的失稳过程，运用微机差分计算获得了它的变形和声发射前兆规律。最后在文献［１］的声发射序列关系中引入了距离因子和随机因子，发现有些序列中出现的声发射活动相对平静是由于在两岩体相互作用过程中某一岩体弹性恢复所致。     

岩石脆性破裂断口的分形特征

系统总结了岩石脆性破裂断口分维的计算方法及其局限性，指出岩石脆性破裂断口的分形研究应在宏观和微观层次上进行，同时应注意考察断口分维参数的物理意义，断口结构特征是岩石动态破坏过程的静态反映，蕴含着岩石断裂机制的各种信息，分维可作为断口定量描述的参数。     

单轴压缩下岩石失稳破裂的突跳

针对在非刚性加载条件下岩石破裂过程的非稳定性，用尖点突变模型研究其系统的失稳机制，采用ＨＰ．７０９０Ａ绘图测试系统实际测出了岩石试样在失稳破裂时载荷，位移的突跳特征；证实了系统失稳的阶段性；验证了突变理论应用于岩石失稳破裂的可靠性。     

岩石破裂中的光辐射

岩石在实验室条件下受单轴压缩破裂过程中不但有声发射而且有光辐射，并且在岩石破裂过程中光射率和声发射率有不同步现象，这说明光、声遵循着相似的规律，“它们与岩石本构关系存在必然联系并且都存在Ｋａｉｓｅ效应”。本文就此进行了初步的理论分析。     

岩石破裂过程中电磁脉冲规律的研究

基于晶体的压电效应,提出岩石破裂时出现的电磁脉冲现象是由压电晶体破坏导致瞬间的电荷运动而产生的假说。应用统计操作理论、对岩石在单轴加载条件下破裂所产生的电磁脉冲时间序列进行了理论的探讨,并以岩石力学失稳理论探讨岩石破裂所产生的电磁脉冲规律,试验机刚度通过影响岩样的变形速率来改变电磁脉冲规律。     

岩石失稳破坏的理论研究

建立了单轴压缩下岩石的本构关系,在此基础上研究了尺度对岩石全程位移 荷载曲线的影响.研究表明,岩石材料的破坏并不等同于岩石 试验机系统已发生失稳破坏,而是其发生失稳破坏的前兆.增大岩石的长度或减小其直径相当于降低了试验机的"有效刚度",从而使得岩石 试验机系统更容易发生失稳破坏.而后基于岩石三轴压缩状态下的剪切破坏模型,建立了岩石失稳破坏发生的条件.理论分析表明,尽管试验机本身的刚度足够大,但岩石 试验机系统仍会发生失稳破坏,其根源在于岩石材料本身的失稳破坏,岩石失稳破坏的发生与其长度及所加围压相关,增大岩石的长度或减小其围压,均能使岩石由稳定破坏转化为失稳破坏.图7,参11.     

岩石破裂过程分析RFPA~(2D)系统在采场上覆岩层移动规律研究中的应用

论述了岩石破裂过程分析系统RFPA2D在采场上覆岩层移动规律研究中的应用并进行了实例计算．研究结果表明，RFPA2D可以从几何、岩性、变形、破裂及支撑等多方面较真实地模拟开采过程中上覆岩层变形、离层、断裂及地表的沉陷规律，从而为采场上覆岩层移动规律的研究提供了一种新的研究手段．     

分形及其在表面科学中的应用

介绍了分形表面理论,简述了固体表面分维的测定方法,详细评介了分形表面理论的应用及其发展趋势。     

岩石动态破裂全过程曲线测试的研究

介绍了一种测定岩石动态荷载-位移全过程曲线的实验技术。该方法采用长杆自由下落冲击圆柱形岩石试件。通过对杆端荷载的测量,并基于长杆条件下荷载、位移及落高之间存在的定量关系,进行了位移计算,从而得到荷载-位移全过程曲线。文中给出了三种岩石的动态荷载-位移全过程曲线。     

耗散结构理论在岩石类材料变形系统中的初探

从系统的角度出发,运用耗散结构理论,对岩石类材料的极限承载力、破裂过程及其变形过程中的能量变化、宏观应力-应变关系等进行深入的分析,从而更深入地揭示岩石类材料力学特性的本质。研究结果表明岩石类材料变形系统具有耗散结构的特性,岩石受力产生变形是非线性动力学过程,即系统内部各要素之间发生协调和相干效应,岩石承载力(强度)是外界做功功率和岩石自身耗散能率达到平衡的外在力学表现。     

岩体工程系统失稳的能量突变判断准则及其应用

在明确区分岩石材料的破坏与岩石工程系统失稳破坏不同含义的基础上，提出了在用有发元计算模拟地下岩石开挖工程和实际工程设计中，不应简单地将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点，运用系统能量的原理，借助突变理论的方法，导出央体工程开挖系统失稳破坏的能量突变准则，并将其引入了有限元程序中，用以判断岩体工程系统失稳的可能性，通过对金川二矿区大面积无矿柱胶结充填采场稳定性的有限元模     

重正化模型及其在岩石失稳破坏中的应用

基于岩石强度的概率分布假设,根据自相似分形的观点,采用重正化群模型对岩石失稳破坏过程中的临界现象进行了研究,得到了岩石材料失稳破坏的理论临界点及岩体稳定性的发展方向.通过实验数据与重正化群模型的计算结果的对比,证明了重正化破坏模型能准确地模拟岩石的失稳破坏,并能有效地推测出破坏的临界点,建立了判断岩石稳定状态的判据.     

关于岩质边坡切向临空（层面外倾）破坏模式的探讨

从岩质边坡赤平投影图可知：当岩层倾向与边坡坡向呈切向时,边坡稳定性受岩层层面的影响小,但工程实践中却出现了多起岩质边坡切向临空（层面外倾）破坏的案例。需要对理论分析与工程实践截然相反的原因及切向临空（层面外倾）的破坏模式进行深入的讨论,以防止类似情况继续发生,否则它将威胁人员及财产安全。经过详实的现场调查与分析,确定切向临空（层面外倾）的破坏模式等同于顺向临空,产生顺向滑动失稳破坏,而不是沿边坡坡向滑动。提出排水、削方减重、支挡、改善滑动面（带）的岩土性质等治理方案,解除灾害安全隐患。     

地下巨型采空区顶板岩石的破坏与冒落

理论分析和计算机模拟以及工程实践都表明,人为地扩大采空区的面积可以诱导顶板岩石的崩落,而且可使冒落分阶段发生,大片的采空区可以很快地扩散岩石冒落产生的冲击气浪,从而降低冲击气浪的危害,对于保证大采空区下采矿的安全性,扩大采空区的暴露面积是行之有效的。     

深埋垂直板裂结构岩体中洞室失稳破坏机制

采用RFPA数值模拟软件对深埋垂直板裂结构岩体中洞室围岩失稳破坏过程进行了模拟,研究了在不同侧压力系数条件下板裂围岩的失稳破坏特点,并与完整岩体中相同条件下的洞室的失稳破坏情况进行了对比.研究结果表明,侧压力系数对深埋垂直板裂结构洞室围岩的破坏形式具有重要影响,边墙岩柱的溃屈失稳破坏发生在侧压力系数小于1的情况;当侧压力系数大于1时,破坏集中发生在拱顶和隧道底部,边墙岩柱不发生溃屈破坏.指出梁板理论应用于板裂结构岩体洞室稳定性评价的局限性.在深埋情况下,洞室围岩的破坏以应力控制为主,结构面的影响居于次要地位.     

耗散结构理论中的方法探讨

在探索认识中，方法就是工具，是主观方面的某个手段，主观方面通过这个手段与客体发生关系．在科学认识中，方法起着重要作用．普利高津运用联系与转化、模糊与精确、复杂与简单等方法建立了耗散结构理论，研究发掘这些方法，对当今科学研究和处理问题具有重要的现实意义．