基于断裂力学浅谈危岩崩塌裂隙裂纹扩展
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制裂隙岩体是一种由裂隙网络构成的岩体，裂隙在岩体的形成过程中起着重要的作用。
裂纹动态扩展规律和破断机制是研究裂隙岩体力学行为的关键点，对于地质灾害的预测和防治具有重要意义。
本文将从裂纹动态扩展规律和破断机制两个方面进行探讨。
裂纹动态扩展规律是指在外界作用下，裂纹在岩体中发展和扩展的规律。
一般来说，裂纹动态扩展规律可以分为线性和非线性两种情况。
在线性规律下，裂纹的扩展速度与应力强度因子呈线性关系，即扩展速度正比于应力强度因子。
而在非线性规律下，裂纹的扩展速度与应力强度因子不再呈线性关系，而是随着应力强度因子的增大而增大。
裂纹的动态扩展规律受到多种因素的影响，如岩性、裂隙类型和应力状态等。
其中，岩体的质地和裂隙的形态是决定裂纹动态扩展规律的重要因素之一。
此外，裂纹动态扩展还与岩体的环境条件有关，如温度、湿度等。
这些因素的综合作用决定了裂纹的扩展速度和方向。
破断机制是指在裂纹动态扩展过程中，岩体受到应力作用下的破坏机理。
破断机制可以分为韧性破断和脆性破断两种情况。
在韧性破断中，岩体具有一定的延性，即在受到应力作用下能够发生可逆变形。
而在脆性破断中，岩体则具有较低的延性，受到应力作用后很快发生不可逆变形并形成破碎。
破断机制的选择与岩体的物质性质和应力条件有关。
例如，在高温高压条件下，岩体的韧性破断机制更为显著，而在低温低压条件下，岩体的脆性破断机制则更加明显。
除此之外，破断机制还与裂隙的性质有关。
当裂隙的密度较大，且分布较均匀时，岩体更容易发生脆性破断。
裂纹动态扩展规律和破断机制研究的意义不仅在于理解岩体力学行为的基本规律，还可为工程实践提供理论支持和技术指导。
通过研究裂纹动态扩展规律，可以预测岩体在不同应力状态下的破坏行为，进而为地质工程的设计和施工提供依据。
同时，通过研究破断机制，可以针对岩体的特点开发出相应的防治措施，减少地质灾害的发生。
总之，裂隙岩体裂纹动态扩展规律和破断机制的研究对于理解岩体的力学行为、预测和防治地质灾害具有重要意义。
滑塌式危岩破坏断裂力学分析
岩石是由一种或多种矿物在地质作用下天然产生的复杂结构体。
大多岩体工程中的岩石属于压剪状态，其岩石裂缝的应力场应为压剪应力场。
滑塌式危岩破坏的本质是压剪破坏，因此对于滑塌式危岩破坏的研究具有必要性和迫切性。
众多国内外学者都致力于对岩石破坏的机理进行了相应的研究。
Nar a Y等[1]以处于亚临界裂纹扩展状态的花岗岩为研究对象，他发现裂隙水将加速花岗岩裂纹扩展的速度并影响花岗岩的结构强度。
Zygour i V等[2]对Skol is山和Acroc or i ntho s的岩石进行了研究，研究表明浅层地震会引起大范围的岩石崩塌。
Chen H K等[3]提出了处于激励效应下的不稳定岩石的破坏准则并建立了对其安全性的评估方法。
Joh a r i A等[4]采用联合分布随机变量的方法对处于临界状态的岩石的稳定性进行了可靠的评估。
L i Y等[5]使用F L AC3D 软件模拟了节理裂隙水压力作用下岩体的裂隙发育，结果表明裂隙水对节理岩体的强度和稳定性有明显的降低作用。
L i a n g L等[6]在龙马溪地区对页岩进行取样，研究表明水性液体对页岩形成的裂纹扩展具有显著的正向影响。
迄今为止，学者多以试验和数值分析的方法对岩石裂缝进行研究，对于岩石裂缝的理论分析略有欠缺。
该文采用断裂力学的方法对滑塌式危岩进行理论推导，其结果对于防灾减灾和工程安全评估等方面具有一定的理论意义和经济价值。
1 应力分量的坐标变换如图1所示，建立滑塌式危岩模型。
其中Q 为危岩体重心,u 为主控结构面的孔隙水压力,L P 为单位长度水平地震力,VP 为单位长度竖向地震力,W 为单位长度的岩体重力。
在图1中的裂纹尖端选取单元体，在岩石自身重力作用下形成压剪应力(如图2)。
在单元体平行于x 轴的直线上，设其外法线与坐标轴的夹角分别为l 、，则有：0l =，1m =，0x T =，0y T =将已知参数带入边界条件方程：(1)(2)DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2017.03.009滑塌式危岩破坏断裂力学分析陈斯祺(三峡大学水利与环境学院 湖北宜昌 443002)摘 要：危岩是一种全球性高频率的地质灾害，其中滑塌式危岩破坏是危岩主要的破坏类型之一。
岩石力学中的损伤理论与断裂力学研究
岩石力学中的损伤理论与断裂力学研究岩石力学是地质力学的一个重要分支，研究岩石在外力作用下的力学性质和变形规律。
损伤理论和断裂力学是岩石力学中的两个关键概念，对于了解岩石的破坏机理和预测岩石工程的稳定性具有重要意义。
损伤理论是研究岩石在外力作用下产生损伤的力学理论。
岩石是一种具有孔隙结构的材料，外力作用下，岩石内部的孔隙会发生扩张和变形，从而导致岩石的损伤。
损伤程度可以通过损伤变量来描述，损伤变量是一个介于0和1之间的数值，表示岩石的损伤程度，当损伤变量为0时，表示岩石完好无损，当损伤变量为1时，表示岩石完全破坏。
损伤理论通过建立损伤变量与应力、应变之间的关系，来描述岩石的损伤演化过程。
在损伤理论的基础上，断裂力学研究岩石在达到破坏强度时的断裂行为。
断裂是指岩石在外力作用下发生裂纹扩展和破坏的过程。
断裂力学主要研究岩石的断裂韧性、断裂模式和断裂扩展速率等问题。
岩石的断裂行为受到多种因素的影响，包括岩石的物理性质、应力状态、裂纹形态等。
断裂力学通过建立断裂准则和断裂参数来描述岩石的断裂行为，从而为岩石工程的设计和施工提供理论依据。
损伤理论和断裂力学的研究对于岩石工程具有重要意义。
在岩石工程中，岩石的损伤和断裂是不可避免的，因此了解岩石的损伤和断裂机理对于预测岩石的稳定性和安全性至关重要。
损伤理论和断裂力学可以帮助工程师确定岩石的破坏模式和破坏机制，从而采取相应的措施来保证岩石工程的安全。
此外，损伤理论和断裂力学的研究也对于地质灾害的预测和防治具有重要意义。
地质灾害，如地震、滑坡和崩塌等，常常与岩石的损伤和断裂有关。
了解岩石的损伤和断裂机理可以帮助我们预测地质灾害的发生概率和规模，并采取相应的防治措施来减少灾害造成的损失。
总之，岩石力学中的损伤理论和断裂力学是研究岩石破坏和变形的重要理论。
损伤理论研究岩石的损伤演化过程，断裂力学研究岩石的断裂行为。
这两个理论对于岩石工程的设计、施工和地质灾害的预测和防治具有重要意义。
基于断裂力学原理的隧道水平状围岩变形破坏分析
基于断裂力学原理的隧道水平状围岩变形破坏分析摘要：以城万快速路的某隧道为例，针对该近水平岩层隧道开挖过程中出现的超欠挖、拱顶坍塌等现象，从断裂力学的角度对这一破坏过程进行分析，得出岩层断裂的机理，为水平或近水平岩层隧道的开挖和支护方法提供了理论依据。
关键词：隧道；水平岩层；断裂力学；隧道开挖与支护中图分类号：u45 文献标识码：a 文章编号：水平状岩层通常层间结合较差，构造裂隙发育，隧道开挖过程中拱顶、拱腰等部位极易产生块体失稳，极易出现超欠挖、拱顶坍塌等现象。
本文以四川石塘隧道工程为例，从断裂力学原理角度分析水平岩层隧道开挖过程中出现的超欠挖、拱顶坍塌等现象. 为水平或近水平岩层隧道的开挖和支护方法提供了理论依据。
1 工程概况石塘隧道位于四川省万源市旧院镇和石塘乡，为重庆至万源城际二级公路k60+785～k63+515段，长2730m，属长隧道。
隧道最大埋深365.15m。
隧道设计速度为60km/h，隧道建筑限界净宽10.50m，建筑限界高度为5.00m。
隧道地质概况：隧道岩层以水平岩层为主，洞身段岩层产状：40°～53°∠7°～11°，岩性为砂岩、泥质粉砂岩夹薄煤层，构造裂隙发育，裂隙倾角大，多为陡倾裂隙，节理面较平直，呈微张～张开状，宽1～50mm不等，裂面附褐色铁质膜，多泥质填充；节理密度1～3条/m,最大延伸可达3m以上，偶见贯通性微张节理，为块碎石状镶嵌结构。
隧道进出口段约150m为ⅴ级围岩，洞身段为ⅳ级围岩。
从隧道进洞前边坡段岩石情况可见，岩层呈水平状，砂岩相对较硬，而泥岩、页岩岩质相对较软，岩体软硬相夹，且分布有多条竖向节理。
2隧道水平状围岩变形破坏分析2.1 围岩变形破坏分析石塘隧道围岩以水平岩层为主，水平层理作为一个重要的结构面，层理间夹有泥层和薄煤层，层间结合力大大降低，同时由于构造裂隙和开挖临空面的切割，极易形成不稳定的块体，对隧道的开挖质量和支护安全造成很大的危害。
动载作用下损伤岩体的分形与裂纹扩展的探讨
7 结束语
近年来, 分形理论的到了广泛的应用, 本文通 过分形理论和断裂损伤力学结合, 分析了在动荷载 下, 岩石的破碎, 裂纹的扩展与分维数的关系, 考虑
损伤时, 得出在更低的气体压力下, 岩石裂纹的开 裂或传播。根据动态应力强度因子与静态应力强度 因子的关系, 从理上得出裂纹扩展的长度, 也是从 理论上得出另一个计算裂纹长度的途径。
纹扩展既有前期扩展, 又有后期扩展; (2) 裂纹只有
前期扩展, 后期基本不扩展。 前期扩展动力为应力
波和爆生气体共同作用。但主要是爆生气体。后期
主要是应力波 (见图 2)。根据文献[ 6 ], 可以得到单
纯爆生气体静作用的结果, 裂纹在爆生气体驱动下
裂纹尖端的应力强度因子为:
∫L (t) + R
K I=
参考文献:
[ 1 ] 张奇, 雒昆利, 路庆忠. 岩石断裂及爆破破碎过程. 矿 业工程, 1997, 17 (3) : 6- 9
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= K Id
(10)
由于裂纹尖端的动态断裂应力强度因子很难
测得, 所以将式 (5) 代入式 (10) 用静态应力强度因
子替换动态的应力强度因子, 并且式 (10) 中只有L
为变量。其它的都是常量。所以可以通过式 (10) 积
岩土中的裂缝与变形分析
岩土中的裂缝与变形分析岩土工程中，裂缝与变形是一个重要的研究领域。
岩土中的裂缝和变形现象对工程设计、施工以及运营维护都具有很大的影响。
本文将从岩土中裂缝和变形的成因、分类以及分析方法等方面进行探讨。
一、裂缝的成因与分类裂缝的形成是由于岩土内部受到外部应力的作用，超过了其承载能力而发生破裂。
裂缝的形成可以归纳为以下几个主要原因：1.地表荷载：地表荷载包括建筑物、交通运输以及自然荷载等，这些荷载会对岩土体产生作用，从而引起裂缝的产生。
2.地震作用：地震是引起岩土体产生严重裂缝和破坏的重要原因，地震引起地震波传播，生成应力测点，超出了岩土体的抗震能力。
裂缝主要可以分为以下几类：1.张性裂缝：张性裂缝是指岩土体内部承受的拉应力超过了其抗拉强度而引起的裂缝。
这种裂缝通常出现在岩土体表面。
2.剪性裂缝：剪性裂缝是指岩土体内部的剪应力超过了岩土体的抗剪强度，导致岩土体沿着一定的面发生滑动和错动而形成的裂缝。
3.压性裂缝：压性裂缝是由于压应力超过岩土体抗压强度而引起的裂缝现象。
这种裂缝通常会在岩土体内部形成。
二、裂缝与变形的影响裂缝和变形在岩土工程中会对工程安全和稳定性产生重大影响。
主要表现在以下几个方面：1.承载力降低：岩土体内部的裂缝和变形会导致其承载力降低，从而对结构的安全性产生威胁。
2.渗透性增加：岩土体的裂缝和变形会导致渗透通道的形成，进而增加地下水、水流、气体等的渗透性，对工程环境产生负面影响。
3.变形差异：岩土体内部的裂缝和变形会导致变形差异，造成结构的不平衡沉降，影响工程的稳定性和正常运行。
4.破坏风险：裂缝和变形的存在会增加工程的破坏风险，对工程的耐久性和使用寿命造成威胁。
三、裂缝与变形的分析方法为了更好地研究岩土中的裂缝与变形现象，需要采用适当的分析方法来进行研究。
以下列举几种常用的分析方法：1.现场观察：通过现场观察可以直观地了解岩土体内裂缝和变形的情况。
例如，通过裂缝宽度、长度、走向等参数的测量，可以初步评估岩土体的稳定性。
岩体爆破裂纹扩展影响因素分析
向趋于最大压应力方向； 裂纹扩展主方向与最大压应力方向一致。
关键词： 初始应力； 数值模拟； 爆破； 裂纹扩展
中图分类号： TD235. 1
文献标志码： A
文章编号： 0253 － 2336 （ 2010） 10 － 0031 － 04
Analysis on Influencing Factors of Blasting Crack Expansion
the max pressure stress．
Key words： initial stress； numerical simulation； blasting； crack expansion
1概 述
近年来，随着金属矿、煤矿深部开采规模的日 益扩大，开采越来越向深部发展，而钻孔爆破法仍 然是目前最为经济的掘进方法。高应力条件下岩石 的爆破以及裂纹扩展规律日益受到重视。肖正学 等［1］通过对 存 在 不 同 初 始 应 力 场 的 几 种 材 料 的 室 内试验和地下矿山爆破实例进行分析，发现初始应 力场的存在改变了爆轰波的传播规律，同时，对裂 纹发展起 着 导 向 作 用。 刘 殿 书［2］ 的 动 光 弹 试 验 对 初始应力条件下的爆破应力波的传播过程进行了研 究，结果表明初始应力影响着应力波形的传播，且 不同的初始应力对应力波形传播过程的影响也不相
depth and side pressure coefficient condition was analyzed． The calculation results showed that the initial stress and the side pressure coef-
ficient of the rock mass would have large influences to the max crack length and main crack expansion direction under the role of the blas-
浅谈岩石力学与断裂力学
第16卷 第5期岩石力学与工程学报16(5):496～497 1997年10月Ch inese J ou rna l of R ock M echan ics and E ng ineering O ct.,1997浅谈岩石力学与断裂力学王启智((四川联合大学土木系 成都 610065)学界前辈于学馥教授最近提出关于“岩石力学学科主题”这一重大论题[1],使人耳目为之一新。
文[1]站得高,看得远,撇开“主弦律”研究,提出自己创新的方式和理论,此文的读者定是比较广泛的。
研读此文本人受益匪浅,但对其中涉及断裂力学的论述有不同见解,提出来供讨论。
文[1]中断裂力学成为主要批评对象,其中写到:“在岩石力学中也许受断裂力学的影响较严重(在金属物理学中断裂力学是成熟学科),很重视节理、裂隙的研究。
…在理论上,断裂力学认为材料出现裂隙,式中应力超过屈服极限就是构件破坏和失效。
…在研究中,断裂力学认为出现裂隙就是材料破坏、构件失效”[1]。
这样的评论对断裂力学是不公正的,它不是断裂力学的本来面目,其中屈服极限是塑性力学的材料参数,不属于断裂力学。
在本世纪二十年代初Griffith初创的断裂准则也不是一见裂隙就宣判死刑,即使裂隙扩展也不等于到达岩体强度,只有当裂隙互相贯通并达到临界状态,方可判定破坏和失效。
经过几十年的发展,断裂力学已成为一门新兴的强度科学,它具有坚实的理论基础,在工程结构分析中占有重要的地位,其应用对象的材料不仅限于金属,也包括非金属,岩石、混凝土、陶瓷、聚合物和复合材料等都不例外。
当然,断裂力学应用于岩石的确碰到一些困难,岩石基本上可视为准脆性材料,一般只用线弹性断裂力学。
我认为有如下主要问题:(1)岩石断裂韧度的测试技术尽管国际岩石力学学会(ISRM)在1988年和1995年接连提出了2个岩石断裂韧度测试的建议方法[2,3],但实施起来并不容易。
首先,试样要求具有呈“V”字型的裂纹,加工很不方便;其次,一般只有电液伺服高级材料试验机,才能记录下脆性岩石全过程的载荷2位移曲线,这种昂贵的设备使方法难以推广应用。
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制
裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制裂隙岩体是指在地壳中由于构造运动或热胀冷缩等原因而产生裂隙的岩体。
裂隙岩体的三维裂纹动态扩展规律与破断机制是岩体力学研究的重要课题之一。
本文将从裂隙形成机制、裂纹传播过程以及控制因素等方面，论述裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制。
首先，裂隙形成机制对于裂纹的动态扩展具有重要影响。
裂隙的形成可以归因于应力场的改变、岩层的压实或膨胀、矿物的溶解沉淀等因素。
当应力场的改变超过岩石的承受能力时，裂隙就会形成。
此时，裂隙的初始长度、宽度和方向等特征对于裂纹的扩展路径和速率具有重要影响。
其次，裂纹传播过程是裂隙岩体三维裂纹动态扩展的关键环节。
裂纹传播可以分为弹性扩展和非弹性扩展两个阶段。
在弹性阶段，裂纹沿着岩体内部的锐利界面扩展，裂纹尖端周围的应力集中导致能量集聚，使得裂纹继续扩展。
在非弹性阶段，裂纹通过断裂面的滑动或剪切传导，岩体的变形不再是完全弹性的，而是包括弹性变形和塑性变形两部分。
最后，裂隙岩体三维裂纹动态扩展的破断机制受到多个因素的综合影响。
首先是力学因素，包括应力条件、岩石力学性质以及岩体结构等因素。
应力条件是影响裂纹扩展的主要因素之一，它决定了裂纹的传播方向和速率。
岩石的力学性质包括弹性模量、抗拉强度、黏聚力和内摩擦角等参数，它们决定了岩石的抗裂性能和断裂特征。
岩体结构对于裂纹传播具有明显影响，包括层理面、节理面、断层面等。
其次是岩石物理性质，包括岩石的渗流性、热传导性、磁性等因素。
这些物理性质会改变岩石的应力分布和力学响应，从而影响裂纹的扩展机制。
最后是环境因素，包括温度、湿度、化学物质的作用等。
温度和湿度的变化会引起岩石的热胀冷缩和水化膨胀收缩，进而影响裂纹的扩展。
总结起来，裂隙岩体三维裂纹动态扩展规律与破断机制是一个复杂而庞大的研究领域，研究者需要结合多种技术手段和理论模型，如岩石力学实验、数值模拟和地质观察等，来揭示裂隙岩体裂纹的形成和演化过程。
预裂爆破中爆生裂缝扩展的机理探讨及预裂炮孔间距的设计方法
预裂爆破中爆生裂缝扩展的机理探讨及预裂炮孔间距的设计方法吴晓峰1，宋照尚2，李廷春3（1.中交第一航务工程局有限公司，天津300042；2.中交一航局第四工程有限公司，天津300456；3.山东科技大学，山东泰安271019）摘要：炸药爆炸产生的爆生裂缝是由爆炸应力波和爆生气体共同作用的结果。
文中运用炸药爆炸的应力波理论，计算初始裂纹的长度；然后按照岩石的脆断理论计算爆生裂缝的最终扩展长度，对预裂爆破中爆炸作用过程和裂缝的扩展机理进行分析。
同时还讨论了预裂炮孔间距的设计方法，认为在炮孔间距设计时，应考虑原生裂缝的存在。
关键词：预裂爆破；应力波理论；脆断理论；裂缝扩展中图分类号：TU751.9文献标识码：A文章编号：1003-3688(2007)01-0049-02Discussion on Mechanism of Development of Cracks Resulted from Pre-splitting Blasting and Design Method for Determining Space ofBlasting HolesWU Xiao-feng1，SONG Zhao-shang2，LI Ting-chun3（CC-FirstHarbor Engineering Company Ltd., Tianjin 300042，China;2.No.4 Engineering Company Ltd. of CCCC-First Harbor Engineering Company Ltd., Tianjin 300456，China;3.Shandong University of Science & Technology，Tai'an 271019，China）Abstract: Cracks produced inblast ing, ist heout comeofbot hblast ingst resswavean d blasting gas. In this paper, the stress wavet heory o f blasting is used to discuss cracking mechanism in pre-split blasting. Firstly the initial crack length is calculatedaccordingt ot hestresswavetheory:then,t h e ultimate cracking length caused by blasting is got by the brittlefract uretheoryof rock. Also design method of blasthole spacing in pre-splitting blasting is discussed, and the writers hold that primary fracturesshouldbeconsideredinprocessofhole-sp acingdesign.Key words: pre-splitting blasting；stress wave theory；brittle fracture theory；cracking1 引言目前，预裂爆破中的参数设计一般依赖于工程类比、模拟试验以及经验和半经验公式等方法，而不是根据对断裂过程的理解。
断裂力学理论在材料界面微裂纹扩展研究的应用
断裂力学理论在材料界面微裂纹扩展研究的应用引言：材料的断裂和破裂是工程材料研究的重要领域之一。
而其中一个重要的断裂机制是材料界面微裂纹的扩展。
断裂力学理论作为研究材料断裂行为的一种基础理论，已经被广泛应用于材料界面微裂纹扩展的研究中。
本文将探讨断裂力学理论在材料界面微裂纹扩展研究中的应用，并分析其优势和局限性。
断裂力学理论的基本原理：断裂力学理论是用来研究材料断裂行为的物理学原理和数学方法的集合。
它基于一些基本的假设，如线弹性、线弹塑性和线弹脆性。
断裂力学理论的基本原理是利用应力集中系数和应力强度因子等参数来描述材料的断裂过程。
在材料界面微裂纹扩展研究中，断裂力学理论可以用来解释材料中微裂纹扩展的机制和行为。
通过应力强度因子的计算，可以预测和模拟材料界面微裂纹的扩展速率和路径，以及断裂过程中的应力集中现象。
断裂力学理论在材料界面微裂纹扩展研究中的应用：1. 界面断裂准则的建立：断裂力学理论可以帮助建立界面断裂准则，即判断材料界面微裂纹是否会扩展或破裂的标准。
这些准则通常基于应力强度因子，通过比较强度因子与临界强度因子的大小来判断界面微裂纹的扩展行为。
2. 界面微裂纹扩展机制的理解：断裂力学理论可以帮助理解界面微裂纹的扩展机制。
通过分析材料中微裂纹的应力集中现象，可以推导出裂纹扩展的路径和速率。
同时，断裂力学理论还可以预测界面微裂纹扩展的临界条件和断裂路径的可能性。
3. 断裂过程中的应力集中现象：断裂力学理论可以描述断裂过程中的应力集中现象。
当界面微裂纹扩展时，应力集中会在断裂前沿附近出现，这可能导致局部的应力集中和材料破裂。
通过断裂力学理论的计算和分析，可以预测和控制应力集中的位置和程度。
断裂力学理论在材料界面微裂纹扩展研究中的优势和局限性：1. 优势：断裂力学理论是一种经典的力学理论，具有广泛的应用性和较高的准确性。
它可以用来定量地描述材料中微裂纹扩展的行为和机制，提供有关裂缝扩展速率、路径和断裂准则等方面的信息。
钢铁结构体部件的裂纹扩展与断裂力学研究
钢铁结构体部件的裂纹扩展与断裂力学研究钢铁结构在现代建筑和工程领域发挥着重要的作用。
然而，由于各种原因，如长期的使用、机械载荷和腐蚀等，钢铁结构可能出现裂纹并最终导致断裂。
因此，对钢铁结构体部件的裂纹扩展与断裂力学进行深入研究非常重要。
钢铁结构体部件中的裂纹是指在受力或受到外界因素作用时，结构中出现的缺陷或裂痕。
裂纹扩展是指裂纹在应力作用下逐渐延伸并发展成更大的缺陷。
而断裂是指结构在裂纹扩展到一定程度后无法承受应力，并导致失效或失去其原本的功能。
因此，研究裂纹扩展与断裂力学对保证结构的安全性和可靠性至关重要。
在研究裂纹扩展与断裂力学时，一个重要的理论工具是线弹性力学，它能够描述结构在受力下的变形和应力分布。
然而，在实际应用中，钢铁结构通常存在非线性行为，如材料的塑性变形和损伤效应。
因此，为了更准确地分析和预测裂纹扩展与断裂行为，需要引入材料的塑性和损伤力学理论。
对于钢铁结构体部件的裂纹扩展与断裂力学研究，首先需要进行实验研究和数值模拟。
在实验研究中，可以利用断裂力学试验来测量钢铁结构的断裂特性和强度参数。
通过对不同尺寸和几何形状的试样进行试验，可以得到裂纹扩展速率、应力强度因子等重要的参数。
同时，还可以通过观察断裂面形貌和分析断口特征来了解裂纹扩展和失效的机制。
数值模拟是研究裂纹扩展与断裂力学的重要手段之一。
有限元分析是一种常用的数值模拟方法，它可以模拟结构在应力作用下的变形和应力分布。
通过建立合适的有限元模型，可以模拟裂纹在结构中的扩展过程，并计算裂纹尖端的应力强度因子。
此外，还可以采用断裂力学中的基本概念和数学模型，对裂纹扩展和断裂失效进行数值预测和分析。
在钢铁结构体部件的裂纹扩展与断裂力学研究中，还需要考虑其他因素的影响。
例如，材料的微观结构和组织对裂纹扩展和断裂行为有显著影响。
此外，应力腐蚀开裂、疲劳和高温等环境因素也会对钢铁结构产生重要影响。
因此，在研究中需要综合考虑材料本身的性能和外部环境因素。
岩石破坏前裂纹扩展行为测试方法与分析
岩石破坏前裂纹扩展行为测试方法与分析岩石是地壳中的基础构成元素之一，其力学性质的研究对于地质灾害的预测和工程建设的安全性评估具有重要的意义。
其中，岩石破坏前的裂纹扩展行为对于确定岩石的强度和稳定性具有重要影响。
本文将就岩石破坏前裂纹扩展行为的测试方法与分析进行探讨。
1. 介绍岩石破坏前裂纹扩展行为的意义岩石的破坏常常伴随着裂纹的扩展，而破坏前的裂纹扩展行为是岩石破坏过程中的关键环节。
通过测试和分析岩石破坏前的裂纹扩展行为，我们可以了解岩石的强度、韧性以及岩体破坏的机制，有助于预测和评估地质灾害的发生概率，以及提供工程建设的安全性指导。
2. 岩石破坏前裂纹扩展行为测试方法2.1 断裂力学试验断裂力学试验是一种常用的测试岩石破坏前裂纹扩展行为的方法。
通过在岩石试样上施加不同的加载和应力条件，观测和记录裂纹扩展过程中的变化情况，可以获得岩石断裂强度、断裂韧性等相关参数。
2.2 声发射测试声发射测试是一种非破坏性的测试方法，可以实时监测岩石破坏前裂纹扩展的过程。
通过测量岩石试样在加载过程中的声波信号，分析声发射事件的特征，可以判断裂纹扩展的位置和数量，进而评估岩石的破坏状态。
2.3 数值模拟数值模拟是一种基于物理力学原理的计算方法，可用于模拟和分析岩石破坏前裂纹扩展行为。
通过建立合适的岩石力学模型和裂纹演化规律，可以预测裂纹扩展的路径、速度和形态，为岩石破坏前的裂纹扩展提供定量化的结果。
3. 岩石破坏前裂纹扩展行为的分析3.1 裂纹形态分析通过观察和测量岩石试样破坏前裂纹的形态和分布，我们可以获得裂纹的长度、形状、走向等信息。
这些信息有助于分析岩石破坏机制、裂纹扩展路径的选择以及岩石破坏的演化规律。
3.2 断口分析在岩石试样破坏后，我们可以对岩石的断口进行分析，从中获取有关破坏过程和裂纹扩展行为的信息。
断口分析可以通过光学显微镜、扫描电子显微镜等技术手段进行，从不同尺度上揭示岩石破坏的本质和特点。
3.3 数学统计分析利用数学统计方法对测试数据进行分析，可以得到岩石破坏前裂纹扩展行为的定量特征。
岩石破裂与地震破裂的力学机制研究
岩石破裂与地震破裂的力学机制研究岩石破裂与地震破裂的力学机制一直是地球科学领域的研究热点之一。
岩石破裂是指岩石在外力作用下发生裂纹扩展和断裂现象，而地震破裂则是指地球内部能量积累到一定程度，导致断层发生破裂，释放出巨大的地震能量。
两者之间存在着密切的联系，对于深入了解地震发生机理和预测地震具有重要意义。
岩石破裂的力学机制主要与岩石的物理性质和应力状态有关。
在岩石中存在着各种不同类型的裂纹，如微裂缝、中等裂隙和大断层等。
当外力作用于岩石时，这些裂纹会随着应力的增大而扩展，最终导致岩石的断裂。
岩石的物理性质包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、剪切强度等，这些参数决定了岩石的应变和变形特性。
应力状态则包括三个方向上的应力分量，即水平应力、垂直应力和剪切应力。
当剪切应力达到一定程度时，岩石就会发生断裂。
地震破裂的力学机制也与岩石的物理性质和应力状态有关。
地震是由于地球内部的构造运动导致断层发生破裂而产生的。
当地球内部能量积累到一定程度时，断层会发生滑动，释放出巨大的地震能量。
断层滑动的过程中，会产生弹性波、剪切波和压缩波等不同类型的波动。
这些波动会传播到地表并引起地震。
岩石破裂和地震破裂之间存在着密切的联系。
首先，岩石的物理性质和应力状态对地震的发生和演化具有重要影响。
其次，岩石中存在的各种不同类型的裂纹也是地震发生的重要因素之一。
最后，通过对岩石破裂机制的深入了解，可以为预测地震提供重要参考。
总之，岩石破裂与地震破裂的力学机制是地球科学领域的重要课题之一。
通过对其深入研究，我们可以更好地了解地震发生机理，并为预测地震提供重要参考。
裂纹扩展对危岩失稳模式变化的影响分析
102论文/THESIS裂纹扩展对危岩失稳模式变化的影响分析沈仕发（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川成都610000）摘要：危岩是三大地质灾害之一，危岩崩塌常常造成巨大的破坏和严重的损失。
本文以三峡库区某危岩类型为例，探究了危岩主控结构面中未贯通裂隙的发展过程，分析了裂纹扩展对危岩失稳模式变化的影响，得出的结论可为危岩治理提供指导。
关键词：岩石；断裂损伤；裂纹扩展；滑塌式危岩；倾倒式危岩危岩是交通工程建设、运营过程中常遇到的地质灾害之一，具有发育期长、突发性强、危害性大的特点。
交通沿线危岩崩塌常常会危及行人、过往车辆等安全，甚至造成严重的人员伤亡、巨大的经济损失。
危岩失稳模式主要受岩体内结构面的影响，结构面的发育本质是裂纹的扩展，本文从裂纹扩展角度探究了危岩失稳发展模式。
一、国内外研究现状中国地质大学（北京）工程技术学院袁小平等在Drucker-Prager准则的基础上，针对存在节理的岩石中小范围屈服翼裂纹尖端塑性区，推导出基于该准则下的纯I、纯“及I、II复合型3种翼裂纹无量纲塑性区径长函数；赣州有色冶金研究所谢世勇等对动静组合荷载下的岩石破碎过程进行分析得出，一定范围内改变静压力和冲击力可以提高岩石的破碎效率；青岛理工大学土木工程学院王国艳等采用岩石破裂过程的RFPT数值分析系统，模拟了单轴压缩作用下不同裂隙倾角的单裂隙试件破坏过程；中南大学资源与安全工程学院刘涛影等探讨了高渗透作用下压剪岩石的起裂规律和分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律，推导出高渗透压下岩体在发生拉剪破坏时的临界水压力数值，以及初起裂强度的判据；东北大学资源与土木工程学院丁梧秀等用不同化学溶液对岩石事件进行浸泡溶蚀，得出在溶液的侵蚀作用下，岩石强度显著下降，岩石结构产生损伤。
在前人的努力下，断裂损伤力学已运用到岩石的各个方面。
中国矿业大学北京校区岩石力学与分形研究所谢和平总结了岩石强度理论研究中断裂力学与损伤力学的运用进展。
锚固危岩体主控结构面的裂纹扩展方式分析
锚固危岩体主控结构面的裂纹扩展方式分析王小委;唐红梅;廖云平【摘要】危岩崩塌是常见的地质灾害之一,其实质是岩体主控结构面内裂纹扩展、贯通,最后发生断裂破坏.为研究锚杆加固危岩的加固机理,从危岩主控结构面内裂纹扩展的角度,分析了岩体加锚后内部裂纹的扩展方式.结果表明,加锚危岩体裂纹尖端应力强度因子较未加锚情形有所减小,裂纹停止扩展,从而定性、半定量地解释了锚杆加固危岩体的加固机理.此结论可作为现有危岩锚杆加固理论的一个补充.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2013(044)023【总页数】4页(P52-54,75)【关键词】断裂力学;锚固机理;裂纹扩展;危岩【作者】王小委;唐红梅;廖云平【作者单位】重庆交通大学岩土工程研究所,重庆400074;重庆交通大学岩土工程研究所,重庆400074;重庆市地质矿产研究院,重庆400074【正文语种】中文【中图分类】P642.3危岩崩塌是石质山区常见的地质灾害之一。
据不完全统计，我国平均每年发生崩塌灾害达2 000次，占地质灾害发生总数的30% ～40%，直接经济损失超过13亿元［1］。
现有加固危岩体的方法较多，常用的有:锚杆锚固、柱撑、墙撑、裂缝灌浆、封填等。
对于锚杆加固危岩机理方面的研究，国内外学者做了较多工作，如:陈洪凯等以断裂力学为基础分析了锚杆锚固力对危岩主控结构面的阻裂增韧效果［2］;李术才等从突变理论着手分析了岩体内部裂纹扩展方式，并建立了加锚节理面压剪应力状态下裂纹扩展的突变模型［3］;许锡宾采用荷载传递法提出了锚杆锚固段荷载变形分析新模型，为锚杆设计计算提供理论依据［4］;伍佑伦以拉剪应力状态下的节理岩体为例，分析了锚杆力学作用［5］;张宁针对锚杆加固三维裂隙岩体做了试验研究，总结了锚固作用下三维裂隙的扩展模式［6］;易志坚和邓卫东从裂纹扩展角度，定性、半定量地分析了加筋土坡的稳定性［7］;金爱兵以室内试验为基础分析了破裂岩石加固后的力学特性［8］;C.Li和B.Stillborg提出了岩体锚固的3种分析模型，不同模型适合于不同的岩体情况［9］。
基于断裂力学的隧道衬砌开裂机理研究
基于断裂力学的隧道衬砌开裂机理研究摘要：随着国家发展，越来越多的隧道得以兴建，但隧道衬砌往往会开裂，有的甚至造成渗漏水病害，为了保证隧道运营安全，而研究隧道衬砌的开裂机理，就显得尤为重要。
本文首先对隧道衬砌开裂的原因进行了分析，然后结合断裂力学对隧道衬砌开裂的成因进行了分析总结，最后根据隧道衬砌的受力特点，再结合断裂力学中的应力强度因子理论，针对隧道衬砌裂纹，总结了不同类型裂纹在不同条件下的应力强度因子。
关键词：隧道；衬砌开裂；断裂力学；应力强度因子1引言随着国家发展，越来越多的隧道得以兴建。
其中隧道衬砌的开裂问题严重威胁到了隧道的运营安全。
特别是在富水地段，衬砌开裂导致隧道出现渗漏水问题，皱育麟等[1]调查了重庆地区的187座隧道，其中的66座隧道由于衬砌开裂，出现了渗漏水问题。
由于引起隧道衬砌出现裂缝的原因具有错综复杂的特点，而目前又急需解决隧道开裂的结构安全问题，所以对衬砌裂缝的研究具有重要的意义。
随着断裂力学的发展，断裂力学也更加广泛地应用于衬砌裂缝及衬砌结构安全性等方面的研究。
蓝祥雨等[2]采用断裂力学的方法对导致隧道衬砌开裂产生渗漏的原因进行了分析，研究得出了当混凝土中存在裂缝时，衬砌开裂的可能性大小受侧压力及温度压力的影响较大，并提出在混凝土中加纤维以防止衬砌开裂的方法。
本文主要是对衬砌开裂的断裂力学机理进行了分析研究。
2隧道衬砌开裂原因分析李治国等将隧道衬砌开裂的主要原因归结为地质问题、设计问题、施工质量问题、及其它因素[3]。
（1）地质问题隧道在施工过程中遇到的主要地质问题有岩溶、软弱岩体、高地应力区脆性岩体产生的岩爆、一些特殊性围岩（如膨胀性围岩等）、还有一些地质灾害如滑坡等。
这些地质问题往往会使隧道结构变形或破坏，因此在施工时需引起高度重视。
（2）设计问题在隧道选址过程中，没能弄清地下情况，使隧道的位置处于复杂的地质环境中，而设计时所根据的地质条件又与实际的偏差很大；在设计的过程中没能根据实际条件采用合理的结构和断面形式，并且结构的强度有时在设计时偏低；对于隧道的防排水设计，有时不完善；在设计时没有考虑温度应力及混凝土凝固收缩对衬砌的影响。
应用断裂力学对岩爆裂纹扩展的研究
应用断裂力学对岩爆裂纹扩展的研究摘要：在地下工程施工过程中，由于开挖或其他因素造成围岩体的突然破坏，导致围岩局部应力集中产生发生岩爆现象，岩爆引起的裂纹会降低隧道整体的稳定性以及抗压强度，为研究岩爆裂纹的扩展，本文引入断裂力学判据，应用最大周向理论分析裂纹的断裂角方向，并且得出结论，为围岩中的已有裂隙是否会产生支裂纹，支裂纹出现后扩展方向的判断，如果有可能扩展改如何支护，以及提高围岩整体稳定性提供了有力的依据。
关键词：岩石力学、断裂力学、岩爆、裂纹扩展引言在现代地下工程施工的过程当中，由于围岩体突然受到破坏，导致围岩体中应力场的重新分布，并且伴随着岩体中应变能的突然释放，因此就会产生岩石破裂等失稳现象，而岩爆则是围岩失稳现象的体现。
岩爆是在高地应力地区的地下工程因为开挖卸荷而产生的围岩块飞射抛撒的脆性破坏过程。
大部分的岩爆现象是发生在脆性岩石中，具有突发性和危害巨大等特点，严重威胁施工人员和设施的安全。
通过之前大量学者的研究和实践证明，围岩的破坏是由内部开裂的微裂纹逐渐发展的结果，这也就是说,破坏只是裂纹发展过程的最后阶段; 而要真正了解地下工程围岩的破坏机制, 就是要研究其内部微裂纹的扩展分布规律。
地下工程围岩的裂隙会降低地下工程整体的稳定性以及抗压强度，然而岩石中存在不同程度的各种裂隙，当岩体受到较大荷载作用时，其裂纹将发生扩展，为研究裂纹扩展的方式，因此引入断裂力学的方法来研究。
之前学者通过大量的室内单轴拉伸、三轴拉伸的等实验反映出岩石的脆性断裂性质。
得出结论岩石样品试验的破坏机制大体分为：劈裂破坏与剪切过程伴生着的拉伸破坏和纯剪切破坏，因此可以引用断裂力学准则进行判别。
在岩体受到荷载作用时，岩体裂纹破坏机制主要是拉伸破坏和纯剪切破坏，根据断裂力学观点，针对拉伸破坏和剪切破坏的岩体，其裂纹分别于断裂力学中的Ⅰ型断裂、Ⅱ型断裂以及ⅠⅡ复合型断裂相符，当其应力强度因子K达到Kc 时，裂纹尖端开始扩展，在复合型加载下，裂纹的扩展不一定像单向拉伸那样沿轴线方向伸展，也有可能会拐弯，这个拐弯的角度就是断裂角，根据断裂力学理论，针对复合型断裂理论分为两类，即应力参量理论和能量理论，本文通过最大周向理论来对岩体的断裂角进行研究，以及从能量理论对新裂纹产生进行简单分析。
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基于断裂力学浅谈危岩崩塌裂隙裂纹扩展摘要：危岩崩塌是广泛发生的重大地质灾害，并造成了我国严重的经济损失因此，研究危岩破坏机制，从源头上实现主动防灾减灾，已逐渐成为学术界和工程界的共识。
谈论了危岩发生崩塌的各种影响因素，并通过改变各种因素的方式对危岩崩塌进行治理，在断裂力学的基础上根据裂纹扩展的的方式，讨论了危岩发生的破坏机制，然后根据破坏机制进行有效的阻止裂纹的扩展，对危岩崩塌进一步进行治理，从而减少我国地质灾害产生的损失，更好发展建设。
关键词：危岩；断裂；影响因素；裂纹扩展Discussion on crack propagation of collapse crack in dangerous rock based on fracture mechanicsLI Chunsheng(School of Hehai, Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074)Abstract: The collapse of dangerous rock is a major geological disaster occurring widely, and has caused serious economic losses in China. Therefore, it has gradually become the consensus of academia and engineering circles to study the failure mechanism of dangerous rock and to realize proactive disaster prevention and mitigation from the source. Talked about the dangerous rock collapse of various influencing factors, and by changing the way of various factors to the governance of dangerous rock collapse, on the basis of fracture mechanics according to the crack propagation, the failure mechanism ofdangerous rock is discussed, and then according to the failure mechanism, effectively prevent the propagation of the crack to governance of dangerous rock collapse further, So as to reduce the loss caused by geological disasters in our country, better development and construction.Key words: dangerous rock; Fracture; Influencing factors; Crack propagation0 引言断裂力学是研究带裂纹材料或结构的强度以及裂纹扩展规律的一门学科。
更具体地说，它是运用连续体力学的原理来研究带有缺陷的均质连续材料制成的工程结构件的强度与断裂条件。
断裂力学可以分为线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学两大部分。
这也是断裂力学的基础，断裂力学中线弹性断裂力学的研究对象是带有裂纹的线弹性体，是以线弹性理论为基础，还应用了能量理论和应力强度因子理论，三种理论相互结合而形成的。
在线弹性断裂力学中总体可分为三种基本的断裂形式，分为Ⅰ型断裂、Ⅱ型断裂、Ⅲ型断裂。
在地质灾害中依然存在关于断裂力学方面的研究，即危岩崩塌、滑坡、泥石流三种常见的地质灾害类型，现通过对其中的危岩的情况加以断裂裂纹扩展方面说明。
1 危岩发生破坏的因素危岩，是正在开裂变形，并可能发生崩塌或滑坡的危险岩体或山体。
危岩在石灰岩山区较为常见。
危岩的开裂变形是其产生崩塌的原因，岩石发生破坏的机制，即岩石的完整度。
岩石的完整度越高，说明岩石产生的裂纹裂隙越少，相反，岩石的完整度越低，岩石中的裂隙就越高。
随着裂隙裂纹的扩展直至裂纹贯通，岩石发生破裂。
影响岩石裂纹发生扩展的因素有很多，其中有岩石力学性质的影响因素和地质因素等，岩石发生破坏的因素是其综合影响下发生的，而并不是其中某种或者某一个。
1.1 岩石力学性质的影响因素岩石力学性质的影响因素有围压、温度、时间这三个方面。
1）据实验表明，围压的增加可以提高岩石的弹性极限，提高岩石的强度极限，同时也可以提高岩石的塑形，围压对不同岩性的影响因素是不一样的，对于砂岩和花岗岩等，围压作用对岩石的塑形增加意义不大，而对于碳酸盐岩和膏盐等，围压的影响就较明显。
当然围压的影响一般在地下洞室开挖较大，而危岩的围压一般由岩石自身重力产生。
2）除了围压的影响，还有温度和时间的影响，温度的升高将导致岩石脆性的降低，岩石塑性的升高，同时将降低岩石的强度，使松弛期和弹性后效应力期变短。
而时间的影响包括岩石变形的速率和重复的次数。
对石灰岩的实验表明，其弹性模量可以因加载速度快慢而有所不同。
虽然影响岩石力学性质的因素众多，在实际地层中，影响岩石力学性质的因素可以归结为埋藏深度和构造运动的形式。
因为随着深度的增加，压力和温度将随之增大。
深3）埋藏的岩石具有高温、高压，故其塑性增大，可以形成各种复杂的变形。
1.2 地质因素储集岩的强度和塑性是确定裂缝密度的重要参数。
强度大的岩石破裂的程度要比软弱岩石大。
岩石强度和塑性又是构成岩石颗粒成分、大小和组构的函数，也是所经受的物理环境的参数。
物理环境包括构造部位和受力状态。
研究这些因素可以帮助我们分析裂缝的间距，进而预测裂缝的发育程度。
1）地层岩性。
裂缝密度与岩石的成分有一定关系。
含脆性组分多的岩石比含脆性组分低的岩石具有更密的裂缝。
这些脆性组分主要有石英、长石、白云石和方解石。
2）孔隙度。
随着孔隙度的增加，岩石的强度会降低。
而且随着孔隙度的增加，岩石的杨氏模量、剪切模量和体积模量将降低。
也就是说岩石孔隙度的增加虽然降低了岩石的强度，但同时增加了岩石的可压缩性。
3）粒度。
组分的粒度减小会增加岩石的抗张和抗压强度。
这种强度的增加是因为颗粒直径的减小导致颗粒表面能增加的结果。
因此，粒度同样会影响裂缝的发育程度。
而在火山岩地层中，还有一个影响岩石强度的因素是岩石的结构和构造。
各种非均匀岩石结构、构造将会影响岩石的强度。
4）构造位置。
岩石是否发生破裂和破裂的程度取决于岩层外部受力的状况和受力变形的程度。
对于地下岩层来说，主要通过分析岩层所处的构造部位来解释其裂缝发育的程度。
对于构造形变来说，裂缝发育于变形强烈的构造带，主要分布于构造变形最大的位置，即通常所说的构造曲率最大的位置，例如背斜的轴部。
对于断层来说，裂缝主要分布于断层运动的消失端。
2 危岩体破坏的三维断裂表达针对危岩形成机制的研究，学者们利用理论推导、试验研究、数值分析等手段得到了丰富的科研成果。
通过分析梳理发现，以上科研成果大多着眼平面断裂问题的解答，处于静力学和宏观力学范畴，对危岩体主控结构面端部裂纹三维微观特性解读不够。
如王家臣等 [1] 建立了边坡渐进性破坏的三维随机分析模型，比较发现三维模型更能描述边坡破坏过程，实用性更强，因此在危岩形成机制的进一步研究中应立足三维空间，考虑岩体形态特征，采用先进科学技术全面把握主控结构面裂纹分布情况，以断裂力学为主，多学科融合，科学揭示危岩形成机制[2]。
但是裂纹在失稳扩展中，由于弹性能释放率大于裂纹的扩展阻力。
故裂纹在芽展誠程中释放出来的弹性能，除了支付所需的表面能增量和形变功消耗外还有剩余，这部分剩余的弹性能就转变为动能，它表现为裂纹高越扩展时裂纹两侧材料的快速运动。
图1动态扩展中的推动力曲线与阻力曲线Fig.1 Propulsion curve and resistance curve in dynamic expansion在各种因素作用下影响着弹性能量，从而决定了裂纹的扩展速率。
3、结论危岩发生崩塌的影响因素有围压、温度、时间还有其他地质因素，本文在各种因素下的危岩裂纹扩展方式。
文献参考（References）：[1]王家臣，谭文辉．边坡渐进破坏三维随机分析［J］．煤炭学报，1997,22（1）：27-31.Wang Jiachen, Tan Wenhui. Three-dimensional stochastic analysis of progressive failure of slope [J]. Journal of China Coal Society, 1997,22 (1): 27-31.[2]陈洪凯，秦鑫．危岩稳定性分析研究现状及趋势［J］．重庆交通大学学报，2018，37(10): 50-60．Chen Hongkai, Qin Xin. Research Status and Trend of Stability Analysis of Dangerous Rock [J]. Journal of Chongqing Jiaotong University, 2018,37 (10): 50-60.。