本书系统介绍了页岩在微细观矿物尺度、宏观层理结构尺度以及考虑有天然裂缝影响的岩体尺度下的各向异性力学行为。本书主要内容包括:页岩微观结构各向异性定量化表征、不同深度及不同层理角度下页岩的裂隙演化过程及破坏特征、层理页岩的变形场演化规律、页岩损伤破坏机制的层理效应、层理页岩的Hoek-Brown修正准则及页岩裂纹遇层理起裂扩展准则、页岩天然裂缝和层理的发育特征、页岩岩体的力学参数尺寸效应以及层理面和裂隙对尺寸效应的影响。 同时,本书详细介绍了相关研究采用的试验、理论和数值模拟方法,包括:扫描电子显微成像技术(SEM)、全自动矿物分析系统AMICS、单轴加载高分辨率CT同步扫描技术、巴西劈裂试验、三点弯力学试验以及数字散斑相关方法(DSCM)和数字体积相关(DVC)变形分析方法、岩石力学和断裂力学理论推导以及含天然裂缝的层理页岩岩体三维离散元数值模拟方法。 本书可供高等院校力学、土木工程、矿业工程等专业的师生以及从事相关领域研究的工程技术人员、科技工作者参考。

中国矿业大学（北京）

目　　录
前 言
第1章 绪论1
1.1　页岩的非均质性和各向异性1
1.2　页岩多尺度力学行为研究进展2
1.2.1　页岩微细观尺度各向异性力学特征2
1.2.2　页岩试件尺度各向异性力学特征4
1.2.3　页岩岩体天然裂缝及岩体力学参数的各向异性5
1.3　本书主要内容8
第2章 页岩微观结构各向异性定量化表征10
2.1　层状页岩基本矿物特征10
2.2　层状页岩矿物颗粒各向异性特征22
2.2.1　矿物颗粒各向异性特征指标22
2.2.2　不同深度矿物颗粒各向异性特征22
2.3　层状页岩矿物颗粒空间分布各向异性特征32
2.3.1　矿物颗粒空间分布各向异性特征指标32
2.3.2　不同深度页岩矿物颗粒空间分布各向异性特征34
第3章 层状页岩各向异性破坏特征及强度准则修正37
3.1　原位加载CT扫描试验介绍37
3.2　单轴加载条件下层状页岩裂缝演化特征41
3.3　页岩细观结构对各向异性破坏的影响72
3.4　页岩破坏后细观裂隙的各向异性特征75
3.4.1　不同层理角度页岩破坏后的细观裂隙特征75
3.4.2　不同深度页岩破坏后的细观裂隙特征78
3.5　层状页岩各向异性Hoek-Brown准则修正模型研究80
3.5.1　各向同性Hoek-Brown准则的断裂力学分析80
3.5.2　模型参数的各向异性修正82
3.5.3　模型的各向异性修正85
3.5.4　修正系数α和摩擦系数μ对模型参数m的影响分析86
3.5.5　Hoek-Brown准则各向异性修正模型参数的确定及验证88
第4章 基于原位加载CT扫描试验的层理页岩变形场特征研究92
4.1　数字体积相关方法92
4.1.1　数字体积相关计算模式92
4.1.2　数字体积相关计算原理93
4.1.3　数字体积相关计算流程95
4.2　层理页岩裂缝演化过程的定量化表征97
4.2.1　裂纹面积演化特征97
4.2.2　裂纹分形维数演化特征97
4.3　层理页岩变形场演化特征分析100
4.3.1　DVC计算区域的选择100
4.3.2　DVC计算窗口尺寸的选择101
4.3.3　层理页岩试件的变形场分析102
第5章 层状页岩各向异性断裂及损伤演化规律研究107
5.1　数字散斑相关方法基本原理107
5.2　巴西劈裂和三点弯曲试验介绍109
5.3　不同层理角度试件破坏模式112
5.3.1　巴西劈裂试验试件破坏模式112
5.3.2　三点弯曲试验试件破坏特征113
5.4　变形场演化规律116
5.4.1　巴西劈裂试验变形场演化规律116
5.4.2　三点弯曲试验变形场演化规律119
5.5　损伤局部化分析122
第6章 页岩裂纹遇层理起裂扩展准则研究128
6.1　页岩沿层理分叉裂纹尖端周向应力场解析推导128
6.2　T应力影响下页岩裂纹遇层理扩展判据130
6.3　Ⅰ型裂纹遇层理弱面扩展规律解析分析132
6.3.1　T应力和层理倾角对扩展角的影响132
6.3.2　T应力和层理倾角对起裂、扩展临界强度比的影响134
6.4　扩展判据解析解试验验证139
第7章 基于离散元方法的页岩岩体力学参数的尺寸效应研究140
7.1　页岩天然裂缝和层理特征140
7.2　页岩岩体三维离散元计算模型145
7.3　基于Fish语言的加载路径设计151
7.4　页岩岩体三维离散元数值试验结果153
7.4.1　不同各向异性比对页岩岩体力学参数及REV的影响154
7.4.2　页岩层理角度对页岩岩体力学参数及REV的影响155
7.5　层理和天然裂缝共同作用对REV的影响158
参考文献160