岩石蠕变的实质是微细观裂纹扩展在宏观的表现。本书主要介绍岩石蠕变破裂由微细观裂纹萌生、扩展、贯通为宏观破裂的多尺度演化规律。本书从岩石蠕变破裂宏观演化实验和破裂断口微细观扫描实验出发，引入内动力的概念，分析岩石试件不同尺度变形破裂机理，建立耗散问题拉格朗日控制方程，给出蠕变破裂本构关系，以连续非连续方法为基础进行求解和计算，模拟单轴压缩蠕变破裂、对径压缩拉张蠕变破裂演化过程和含弱层岩体蠕变破裂过程，可为岩体工程灾害防治提供理论参考。

目录
第1章绪论
1.1研究背景及多尺度划分
1.1.1研究背景
1.1.2岩石破裂演化多尺度划分
1.2国内外研究现状
1.2.1岩石破裂多尺度研究
1.2.2岩石蠕变实验研究
1.2.3岩石蠕变模型研究
1.2.4岩石非均匀特性研究
1.2.5岩石破裂内动力研究
1.3问题的提出及研究意义
1.3.1问题的提出
1.3.2研究意义
1.4研究内容
第2章岩石蠕变破裂宏观演化实验
2.1岩石单轴压缩蠕变破裂演化规律
2.1.1实验系统
2.1.2实验材料及过程
2.1.3砂岩蠕变破裂演化规律
2.1.4泥岩蠕变破裂演化规律
2.2对径压缩岩石拉张蠕变破裂演化规律
2.2.1实验装置及材料
2.2.2点荷载下砂岩拉张蠕变破裂演化规律
2.2.3平台加载下岩石拉张蠕变破裂演化规律
2.3对径压缩连续加载下岩石拉张裂纹扩展演化实验
2.3.1加载方式及实验过程
2.3.2泥岩试件裂纹扩展过程分析
2.3.3圆盘泥岩试件变形场演化规律
2.4含弱层岩石蠕变破裂裂纹扩展演化规律
2.4.1实验设备及分级加载方案
2.4.2含弱层岩体分级加载蠕变实验结果分析
第3章岩石破裂断口微细观结构特征分析
3.1岩石破裂断口细观结构特征
3.1.1实验仪器及步骤
3.1.2单轴压缩蠕变试样破裂断口扫描结果及分析
3.1.3对径压缩岩石拉张蠕变破裂断口扫描结果及分析
3.2岩石组成成分分析
3.2.1实验仪器及原理
3.2.2实验结果分析
3.3岩石破裂断口微观结构特征分析
3.3.1实验仪器及步骤
3.3.2单轴压缩蠕变破裂断口微观扫描实验
3.3.3对径压缩蠕变破裂断口微观扫描实验
3.4岩石破裂断口元素特征分析
3.4.1泥岩破裂断口元素特征分析
3.4.2砂岩断口元素特征分析
第4章内动力作用下岩石蠕变破裂机理多尺度分析
4.1内动力概述
4.1.1内动力的定义
4.1.2内动力的有限元验证
4.2内动力作用下岩石微观变形破裂机理
4.2.1岩石的微观非均匀特性
4.2.2岩石的微观变形破裂机理
4.3内动力作用下岩石裂纹细观扩展机理
4.4内动力作用下岩石宏观变形破坏机理
4.4.1岩石变形模量折减率的概念
4.4.2软岩单轴压缩荷载下变形模量折减率的变化规律
4.4.3岩石蠕变变形过程中变形模量折减率的变化规律
第5章基于内动力的岩石蠕变破裂模型
5.1内动力的表示及判据
5.2拉格朗日控制方程
5.3耗散问题的拉格朗日方程
5.4拉格朗日单元控制方程
5.5岩石多尺度蠕变破裂损伤模型
第6章岩石蠕变破裂多尺度演化规律
6.1岩石蠕变破裂多尺度几何模型
6.1.1宏观尺度模型
6.1.2细观尺度模型
6.1.3微观尺度模型
6.1.4各尺度模型之间的联系
6.2岩石多尺度蠕变破裂计算方法
6.2.1连续非连续方法
6.2.2全域动态松弛求解
6.2.3阻尼系数选取
6.2.4CDEM的可行性分析
6.3单轴压缩荷载下岩石蠕变破裂多尺度演化过程
6.3.1计算模型
6.3.2计算结果及分析
6.4对径压缩荷载下岩石拉张蠕变破裂演化过程
6.4.1计算模型
6.4.2计算结果及分析
6.5非均匀性对岩石蠕变破裂过程的影响
6.5.1岩石微观组成成分对岩石蠕变破裂过程的影响
6.5.2不同颗粒连接强度对岩石蠕变破裂过程的影响
6.6含弱层岩石蠕变破裂演化过程
6.6.1含弱层岩石数值模型及参数设置
6.6.2含弱层岩石裂纹扩展演化过程
6.6.3弱层倾角对岩体蠕变特性的影响
6.6.4弱层厚度对岩体蠕变特性的影响
6.6.5弱层层数对岩体蠕变特性的影响
6.6.6弱层间距对岩体蠕变特性的影响
6.7岩石蠕变破裂多尺度演化规律
第7章结论
参考文献

前 言

岩石作为自然界中广泛存在的工程介质，其长期力学行为与时间效应一直是采矿工程、岩土工程及地质灾害防治领域的核心课题。在深部资源开发、地下空间利用、边坡稳定性分析等实际工程中，岩石的蠕变破裂行为往往直接关系到工程结构的长期安全性与灾害预警的时效性。现有研究多从连续介质力学出发，从宏观唯象学的角度进行分析，通过弹性、黏性元件建立模型，实际岩石的蠕变变形是由微观破裂、细观裂纹扩展再到宏观变形的逐级跃迁和演化过程。如何通过实验、理论与数值模拟方法揭示岩石从微观裂纹萌生到宏观失稳的跨尺度演化规律，是当前岩石力学研究亟待突破的难题。

本书以岩石蠕变破裂裂纹扩展演化规律为主线，结合笔者团队多年研究成果，系统阐述了从宏观实验观测到微观断口扫描、从力学机理到数值方法的完整研究过程。在实验层面，通过单轴压缩蠕变、对径压缩拉张蠕变及含弱层岩体蠕变实验，揭示了岩石蠕变破裂过程中微细观裂纹萌生、扩展、贯通并形成宏观破裂的跨尺度演化规律，并基于微细观实验结果，从能量的角度提出内动力的概念，分析内动力作用下岩石微观、细观和宏观的变形机理。理论层面，突破传统连续介质框架的束缚，以耗散系统的拉格朗日控制方程为基础，给出基于内动力的岩石损伤本构关系，引入连续非连续单元法(CDEM)，实现了从渐进损伤到突发失稳的全过程动态模拟。

本书共分为7章： 第1章提出问题，综述岩石蠕变理论与工程挑战； 第2、3章详述宏微观实验方法与关键发现； 第4章提出内动力的概念，分析岩石蠕变破裂多尺度演化机理； 第5章推导基于内动力的岩石蠕变破裂模型； 第6章结合连续非连续数值方法模拟岩石蠕变破裂多尺度演化规律； 第7章给出结论。

本书的出版得到
辽宁省优秀自然科学学术著作出版基金、

国家重点研发计划项目(项目编号： 2017YFC1503102)、国家自然科学基金面上项目(项目编号： 51474121)、
国家自然科学基金青年基金项目(项目编号： 51304108)、
辽宁省教育厅科学研究一般项目(项目编号： LJYL035； LJ212510147044)等的支持。

本书可作为采矿工程、岩土工程、地质工程等领域科研人员的技术参考书，也可作为高等院校相关专业研究生“岩石流变力学”“损伤与断裂理论”等课程的拓展读物。限于著者水平，书中难免存在疏漏之处，恳请读者批评指正。

著者
2025年11月于辽宁工程技术大学