岩石局部化破坏及结构稳定性理论研究PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 背景和意义 1

1.2 地质体材料的局部化破坏及研究方法 3

1.2.1 应变局部化存在的广泛性 3

1.2.2 应变局部化的研究方法 7

1.2.3 梯度塑性理论的特点 10

1.3 地质体材料试样的峰后变形 12

1.3.1 Ⅰ及Ⅱ类变形行为及破坏模式 12

1.3.2 峰后应力-应变曲线的尺寸效应 12

1.3.3 峰后应力-塑性位移曲线 15

1.3.4 全部变形特征 15

1.4 地质体结构稳定性 16

1.4.1 稳定性分类 16

1.4.2 不考虑试样具体破坏和均匀破坏试样的稳定性研究 17

1.4.3 单轴拉伸和直接剪切条件下试样局部破坏的结构稳定性 18

1.4.4 单轴压缩试样局部剪切破坏的结构稳定性 20

1.4.5 结构稳定性分析的能量方法 20

1.4.6 稳定性分析的其他方法 22

1.5 本书内容 23

1.5.1 微结构效应引起的局部化带物理、力学量的非均匀性研究 23

1.5.2 拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的峰后变形及能量消耗研究 24

1.5.3 拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的结构稳定性研究 25

第2章 剪切带的应变、应变率、位移及速度分布分析 26

2.1 剪切带宽度及局部塑性剪切应变分布 26

2.1.1 剪切带的线性应变软化本构关系 26

2.1.2 利用非局部理论推出梯度塑性理论 26

2.1.3 局部塑性剪切应变分布及剪切带宽度 29

2.1.4 总剪切应变分布及常剪切应变点 30

2.2 剪切带的局部剪切应变率、位移及速度分布 32

2.2.1 剪切带的局部剪切应变率 32

2.2.2 剪切带的变形及速度 32

2.3 剪切带两盘的相对剪切位移、速度及其梯度 33

2.3.1 剪切带两盘的相对剪切位移和速度 33

2.3.2 相对剪切位移和速度的梯度 34

2.4 算例及讨论 35

2.4.1 剪切带的应变及应变率分布的参数研究 35

2.4.2 剪切带的位移及速度分布的参数研究 40

2.5 本章小结 46

第3章 直接剪切条件下剪切带-弹性体系统的稳定性分析 48

3.1 基于位移法的剪切带-弹性体的稳定性 48

3.1.1 剪切本构关系 48

3.1.2 基于位移法的剪切带-弹性体的应力-位移曲线 49

3.1.3 剪切带-弹性体系统稳定性的参数研究 51

3.2 基于能量方法的剪切带-弹性体系统的稳定性 51

3.3 试样的快速回跳准则以及试样快速回跳与系统快速回跳之间的关系 54

3.3.1 应变局部化、岩爆及Ⅱ类变形行为的讨论 54

3.3.2 岩爆的快速回跳准则 56

3.4 试样的稳定性与试样-试验机系统的稳定性 59

3.4.1 试样-试验机系统的稳定性 59

3.4.2 试样快速回跳与试样-试验机系统快速回跳之间的关系 60

3.5 本章小结 62

第4章 考虑应变率、剪胀、刚度及水致弱化的剪切带的变形及系统稳定性分析 64

4.1 考虑应变率效应的剪切带的变形、系统耗散能量及稳定性 64

4.1.1 应变率效应的描述 64

4.1.2 考虑应变率效应的剪切带的应变、位移分布及系统稳定性 64

4.1.3 考虑应变率效应的剪切带-弹性体系统的力-位移曲线及稳定性 67

4.1.4 考虑应变率效应的剪切带-弹性体系统耗散能量 69

4.2 剪切带的剪胀、剪缩及直接剪切实验的尺寸效应 71

4.2.1 剪切带的局部体积增量及剪切带的法向位移 71

4.2.2 直接剪切试样的切向位移与法向位移之间的关系 72

4.2.3 直接剪切实验的尺寸效应 73

4.3 考虑刚度劣化的剪切带的应变、应变率及位移分布 74

4.3.1 考虑刚度劣化的剪切本构关系 74

4.3.2 考虑刚度劣化的剪切带的应变及位移分布 76

4.3.3 考虑刚度劣化的剪切带的最大剪切应变（率）及常剪切应变点 77

4.4 考虑水致弱化的剪切带的变形及系统稳定性 78

4.4.1 考虑水致弱化的剪切带的应变分布 78

4.4.2 考虑水致弱化的系统应力-位移曲线及稳定性 80

4.5 本章小结 81

第5章 直接剪切条件下剪切带的孔隙特征分析 83

5.1 孔隙比的不均匀性 83

5.1.1 实验结果 83

5.1.2 孔隙率及孔隙比分布 84

5.1.3 剪切应力卸载率的影响 87

5.1.4 剪切应力的影响 87

5.1.5 内部长度及剪切软化模量的影响 88

5.2 最大孔隙比及讨论 89

5.2.1 最大孔隙比 89

5.2.2 最大孔隙度的参数研究 91

5.2.3 关于剪胀、剪缩及最大孔隙比的两层含义的讨论 92

5.2.4 平均孔隙比与平均塑性剪切应变之间的关系 93

5.3 本章小结 94

第6章 单轴拉伸试样的应变、损伤局部化及应力-应变曲线分析 95

6.1 de Borst和Muhlhaus （1992）的开创性工作及评述 95

6.2 局部塑性拉伸应变分布及应力-位移曲线解析式验证 98

6.2.1 局部塑性拉伸应变分布解析式验证 98

6.2.2 拉伸应力-位移曲线解析式 99

6.2.3 内部长度对应力-位移曲线影响的验证 101

6.2.4 本构参数及结构尺寸对拉伸应力-拉伸应变曲线的影响 102

6.3 单轴拉伸试样的损伤局部化 103

6.3.1 局部损伤变量及局部损伤变量率 103

6.3.2 局部损伤变量的参数研究 108

6.3.3 局部损伤变量最大值的参数研究 109

6.3.4 局部损伤变量率最大值的参数研究 110

6.3.5 局部损伤变量率分布 111

6.4 本章小结 111

第7章 单轴压缩剪切破坏试样应力-应变曲线分析 113

7.1 基于位移法及能量守恒原理的应力-应变曲线的解析式 113

7.1.1 力学模型及基本假设 113

7.1.2 基于位移法的应力-应变曲线软化段的斜率的解析式 114

7.1.3 基于能量守恒法的应力-应变曲线软化段的斜率的解析式 115

7.2 应力-应变曲线软化段的尺寸效应及参数研究 116

7.2.1 尺寸效应的实验验证 116

7.2.2 应力-应变曲线的参数研究 117

7.2.3 单轴压缩剪切破坏试样的力学模型的特点 118

7.3 单轴压缩剪切破坏试样的轴向速度及讨论 118

7.3.1 轴向速度 118

7.3.2 对目前模型的进一步讨论 120

7.4 拉伸、剪切及单轴压缩剪切破坏试样的统一应力-应变曲线 121

7.5 剪切带的局部损伤及单轴压缩试样的全局损伤之间的关系 122

7.6 本章小结 124

第8章 单轴压缩剪切破坏试样的稳定性分析 126

8.1 基于刚度比理论的单轴压缩试样剪切破坏的稳定性 126

8.1.1 单轴压缩条件下剪切带之外弹性体的剪切刚度 126

8.1.2 基于刚度比理论的剪切带-弹性体的失稳判据 127

8.1.3 试样稳定性的参数研究 128

8.2 基于能量原理的单轴压缩试样剪切破坏的稳定性 128

8.2.1 外力功 128

8.2.2 弹性势能 130

8.2.3 耗散势能 131

8.2.4 基于能量原理的剪切带-弹性体的失稳判据 132

8.2.5 基于能量原理的失稳判据的优越性 133

8.3 拉伸、剪切及单轴压缩试样的统一失稳判据 133

8.4 压剪试样的变形及稳定性 134

8.4.1 剪切带的变形 134

8.4.2 剪切带之外弹性体的剪切刚度 136

8.4.3 剪切带-弹性体系统的失稳判据 137

8.4.4 端部剪切应力对剪切带的应变分布的影响 137

8.4.5 端部剪切应力对剪切带的剪切位移的影响 138

8.4.6 端部剪切应力对系统稳定性的影响 139

8.5 本章小结 139

第9章 单轴压缩剪切破坏试样峰后塑性位移及剪切断裂能分析 140

9.1 峰后塑性位移 140

9.1.1 峰后塑性位移的实验结果 140

9.1.2 轴向塑性位移的解析式 141

9.2 剪切断裂能的解析式 143

9.2.1 峰后断裂能 143

9.2.2 峰前断裂能 144

9.2.3 全部断裂能 146

9.2.4 正确性验证及讨论 146

9.2.5 峰后断裂能的演变及参数研究 147

9.2.6 关于峰后断裂能尺寸效应的讨论 148

9.3 本章小结 150

第10章 单轴压缩剪切破坏试样的侧向及体积变形分析 152

10.1 应力-侧向应变曲线的解析式 152

10.2 本构参数及试样尺寸的参数研究 155

10.2.1 本构参数及剪切带倾角的影响 155

10.2.2 试样宽度的影响 157

10.2.3 关于侧向塑性应变及快速回跳的讨论 160

10.3 体积应变及纯体积应变的解析式 161

10.3.1 体积应变的解析式 161

10.3.2 纯体积应变的解析式 162

10.3.3 应力-纯体积应变曲线的参数研究 163

10.4 本章小结 164

第11章 单轴压缩剪切破坏试样轴向、侧向变形及稳定性分析 166

11.1 轴向快速回跳与侧向快速回跳之间的关系 166

11.1.1 轴向快速回跳与侧向快速回跳的条件 166

11.1.2 轴向快速回跳与侧向快速回跳之间的关系 167

11.2 轴向应变、侧向应变及峰后泊松比 170

11.2.1 轴向应变-侧向应变曲线的实验验证 170

11.2.2 峰后泊松比 172

11.3 轴向及侧向变形的耗散能量及稳定性 174

11.3.1 剪切带塑性剪切变形消耗的能量 174

11.3.2 压缩应力做的功 175

11.3.3 剪切带引起的试样侧向及轴向塑性位移耗散的能量 176

11.3.4 试样轴向及侧向变形的稳定性 179

11.4 本章小结 184

第12章 矿柱渐进破坏及矿柱-弹性梁系统的稳定性分析 186

12.1 考虑渐进破坏的矿柱变形及稳定性 186

12.1.1 矿柱的均匀变形阶段 186

12.1.2 矿柱的渐进破坏阶段 187

12.1.3 矿柱的剥离阶段 190

12.1.4 失稳判据的解析式 191

12.1.5 渐进破坏矿柱的应力-位移关系的参数研究 192

12.2 基于能量原理的局部剪切破坏矿柱-弹性梁系统的失稳判据 193

12.2.1 局部剪切破坏矿柱-弹性梁系统的力学模型 193

12.2.2 矿柱的位移及系统的失稳判据 194

12.2.3 根据分布载荷对梁跨中挠度求导获得的失稳判据 195

12.2.4 结构尺寸、本构参数及剪切带倾角的参数研究 196

12.3 本章小结 198

参考文献 200