巖石變形局部化及失穩(wěn)破壞的理論與實驗

內(nèi)容概要

　　巖石的局部化變形是巖土材料失穩(wěn)的一個重要特征，研究局部化變形帶的起動、演化發(fā)展及剪切帶形成規(guī)律對于研究巖石材料失穩(wěn)破壞具有重要的意義。本書介紹了軟巖的局部化失穩(wěn)破壞的理論與實驗研究成果。全書共9章，第1章介紹了國內(nèi)外變形局部化的研究現(xiàn)狀；第2章研究了三向壓縮應力狀態(tài)下軟巖失穩(wěn)破壞規(guī)律；第3章介紹了巖石變形局部化的自組織臨界性；第4章利用光測方法研究了軟巖的變形局部化現(xiàn)象；第5章介紹了平面應變條件下泥砂巖的單軸壓縮特征；第6章介紹了巖石彈塑性本構(gòu)模型及變形局部化的力學模型；第7章介紹了巖石變形局部化的分叉現(xiàn)象；第8章介紹了梯度塑性理論，并依據(jù)該理論研究了軟巖的變形局部化現(xiàn)象；第9章通過數(shù)值模擬手段分析了巖石變形局部化及剪切帶的形成過程。
　　本書適用于采礦工程、安全技術(shù)及工程、巖土工程等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員使用，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和本科生的教學參考書。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
　1.1 引言
　1.2 國內(nèi)外變形局部化的研究現(xiàn)狀
　　1.2.1 變形局部化的理論研究現(xiàn)狀
　　1.2.2 變形局部化的實驗研究現(xiàn)狀
　　1.2.3 變形局部化的數(shù)值分析方法研究現(xiàn)狀
　　1.2.4 變形局部化的觀測手段
　1.3 本書的研究方法與內(nèi)容
第2章 三向壓縮應力狀態(tài)下軟巖失穩(wěn)破壞的研究
　2.1 巖石等圍壓三軸壓縮實驗研究
　　2.1.1 巖石試件物理特性及實驗設(shè)備
　　2.1.2 巖石三軸壓縮實驗
　2.2 巖石失穩(wěn)破壞過程中的損傷
　　2.2.1 單軸壓縮狀態(tài)巖石損傷演化規(guī)律
　　2.2.2 巖石損傷本構(gòu)模型
　　2.2.3 巖石裂紋的分形特征
　2.3 巖石破裂的重正化群模型
　　2.3.1 單元強度的統(tǒng)計分布
　　2.3.2 巖石失穩(wěn)破壞的臨界點及其重正化預測
　2.4 本章小結(jié)
第3章 巖石變形局部化的自組織臨界特征
　3.1 單向應力狀態(tài)下巖石細觀斷裂演化的自組織特征
　3.2 BTW沙堆元胞自動機模型
　3.3 巖石材料變形局部化面內(nèi)損傷斷裂的沙堆元胞自動機模擬
　　3.3.1 沙堆動力學規(guī)則
　　3.3.2 損傷因子的模擬計算
　　3.3.3 裂紋擴展能量釋放率的模擬計算
　　3.3.4 變形局部化平面內(nèi)損傷斷裂演化沙堆模型的計算機模擬
　3.4 本章小結(jié)
第4章 軟巖變形局部化的光測實驗研究
　4.1 光測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
　4.2 常用的光測方法
　　4.2.1 白光散斑
　　4.2.2 激光散斑
　　4.2.3 數(shù)字散斑
　4.3 激光散斑測量方法用于巖石變形測量的可行性
　4.4 實驗裝置及實驗方法
　　4.4.1 試件
　　4.4.2 實驗裝置
　　4.4.3 實驗方法
　4.5 實驗結(jié)果分析
　　4.5.1 加載全過程曲線
　　4.5.2 變形局部化帶形成過程
　　4.5.3 細觀裂紋周圍的局部變形場
　　4.5.4 變形局部化帶傾角的變化
　4.6 本章小結(jié)
第5章 平面應變條件下泥砂巖變形局部化的實驗研究
　5.1 引言
　5.2 實驗設(shè)備與裝置
　　5.2.1 壓力室及試件
　　5.2.2 實驗過程
　　5.2.3 實驗結(jié)果分析
　5.3 本章小結(jié)
第6章 巖石彈塑性本構(gòu)模型及變形局部化的力學模型
　6.1 巖石的局部化破壞與剪切帶
　　6.1.1 散粒體材料的變形局部化模式
　　6.1.2 彈塑性巖土材料的變形局部化
　6.2 巖石材料的彈塑性硬化本構(gòu)模型
　6.3 局部化剪切帶的力學模型
第7章 巖石變形局部化的分叉研究
　7.1 巖土材料分叉研究概述
　7.2 材料的失穩(wěn)判據(jù)
　　7.2.1 Drucker公設(shè)下的失穩(wěn)準則
　　7.2.2 Hill分叉準則
　　7.2.3 極限點分叉準則
　　7.2.4 經(jīng)典的不連續(xù)分叉準則
　　7.2.5 喪失強橢圓性準則
　　7.2.6 分叉準則小結(jié)
　7.3 材料分叉的兩種類型
　　7.3.1 連續(xù)分叉
　　7.3.2 不連續(xù)分叉
　7.4 基于巖石硬化本構(gòu)模型的局部化分叉分析
　7.5 巖石變形局部化的連續(xù)硬化分叉準則
　　7.5.1 巖石彈塑性響應分叉臨界值
　　7.5.2 巖石的彈塑性局部化準則及相應的方位角
　7.6 本章小結(jié)
第8章 基于梯度塑性理論的巖石變形局部化研究
　8.1 巖石的梯度塑性本構(gòu)模型
　8.2 局部化帶的梯度塑性分析
　8.3 基于Mises屈服準則的梯度塑性局部化分析
第9章 巖石變形局部化及剪切帶形成的數(shù)值分析
　9.1 數(shù)值分析的理論基礎(chǔ)
　9.2 基于RFPA2D的局部化剪切帶演化數(shù)值分析
　　9.2.1 RFPA數(shù)值實驗模型
　　9.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
　　9.2.3 軟巖平面應變條件下局部化剪切帶形成的全過程
　參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　 引言　　巖石作為一種特殊的地質(zhì)材料，在經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)年代演化后，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都有極其復雜的特性。當前巖土工程的迅速發(fā)展，要求人們對巖石這種特殊材料進行更深入地認識和了解，因此，對巖石材料組成結(jié)構(gòu)的正確分析以及對巖石材料力學特征的正確描述都具有十分重要的意義?！　∮捎趲r石材料的復雜性，其內(nèi)部存在著許多裂隙和各種微缺陷，是一種具有初始損傷的介質(zhì)，這些初始損傷將會對巖石的力學性能產(chǎn)生強烈的影響。試驗研究表明，巖石在外載作用下的應力-應變變化過程就是其內(nèi)部微缺陷萌生、擴展演化和連接成核的過程?，F(xiàn)代非線性彈性理論和彈塑性理論都是對應力應變關(guān)系的擬合，而不能從本質(zhì)上反映這一過程。研究人員一直在試圖找到一種統(tǒng)一的理論來對巖石受力過程的本構(gòu)關(guān)系進行描述，且不斷有新的理論被應用于巖石材料，如應用彈塑性斷裂理論來研究宏觀裂紋出現(xiàn)后對巖體強度的影響，應用損傷力學來反映巖石在受力過程中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，并將損傷變量引入到本構(gòu)方程中，巖體本構(gòu)方程能從本質(zhì)上反映巖石的力學行為，并已經(jīng)成為研究的熱點課題。　　巖石作為一種典型的地質(zhì)材料，在非均勻變形下就會出現(xiàn)局部變形，并且會引起損傷及微裂紋的局部化集中發(fā)展，這種現(xiàn)象即所謂的變形局部化現(xiàn)象。變形局部化在地質(zhì)沉積中是非常普遍的現(xiàn)象，在地層受到相互的地質(zhì)作用后，巖體因局部剪切帶的發(fā)展而破壞，形成斷層帶或裂隙帶等不連續(xù)破壞面。在大型的巖體中，變形局部化表現(xiàn)為斷層、剪切帶或規(guī)模不等的破壞面等不連續(xù)面。材料中存在的裂紋會使材料的強度發(fā)生變化，因而不能單純用材料力學對其進行研究。由于斷裂力學的引入，這類問題得到了很好的解釋。巖石中的局部化變形同樣也直接導致了加載過程中巖石整體強度的降低，使巖體工程的承載力下降。所以研究和預測局部化變形帶的起動、發(fā)展及其傾角和寬度對于巖石材料是非常重要的。通過對巖體不連續(xù)面的觀察，人們發(fā)現(xiàn)，不連續(xù)面通常有幾種形式：一類是厚度很小的單一變形帶，但上下盤的錯動量較大；另一類不連續(xù)面的厚度相對比較大，上下盤的錯動偏移量也很大。與巖體一樣，在巖石試件的應力應變?nèi)^程中也常出現(xiàn)與上述情況類似的斷裂面。圖1.1 所示為巖體中常見的兩類不連續(xù)面： 一類是斷層錯動面，其接觸面很窄；另一類為斷層帶，其接觸面較寬。這兩類典型的巖體不連續(xù)面都是巖石分叉和局部化變形的宏觀體現(xiàn)?！　　?/pre>








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