巖石變形局部化及失穩(wěn)破壞的理論與實(shí)驗(yàn)

內(nèi)容概要

　　巖石的局部化變形是巖土材料失穩(wěn)的一個(gè)重要特征，研究局部化變形帶的起動(dòng)、演化發(fā)展及剪切帶形成規(guī)律對(duì)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(shí)驗(yàn)研究成果。全書共9章，第1章介紹了國(guó)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(yīng)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(cè)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(yīng)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(xué)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(guò)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(guò)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(xué)參考書。

書籍目錄

前言
第1章 緒論
　1.1 引言
　1.2 國(guó)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(shí)驗(yàn)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(cè)手段
　1.3 本書的研究方法與內(nèi)容
第2章 三向壓縮應(yīng)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(shí)驗(yàn)研究
　　2.1.1 巖石試件物理特性及實(shí)驗(yàn)設(shè)備
　　2.1.2 巖石三軸壓縮實(shí)驗(yàn)
　2.2 巖石失穩(wěn)破壞過(guò)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(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)分布
　　2.3.2 巖石失穩(wěn)破壞的臨界點(diǎn)及其重正化預(yù)測(cè)
　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(yīng)力狀態(tài)下巖石細(xì)觀斷裂演化的自組織特征
　3.2 BTW沙堆元胞自動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)模擬
　　3.3.1 沙堆動(dòng)力學(xué)規(guī)則
　　3.3.2 損傷因子的模擬計(jì)算
　　3.3.3 裂紋擴(kuò)展能量釋放率的模擬計(jì)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(jì)算機(jī)模擬
　3.4 本章小結(jié)
第4章 軟巖變形局部化的光測(cè)實(shí)驗(yàn)研究
　4.1 光測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀
　4.2 常用的光測(cè)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(cè)量方法用于巖石變形測(cè)量的可行性
　4.4 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
　　4.4.1 試件
　　4.4.2 實(shí)驗(yàn)裝置
　　4.4.3 實(shí)驗(yàn)方法
　4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
　　4.5.1 加載全過(guò)程曲線
　　4.5.2 變形局部化帶形成過(guò)程
　　4.5.3 細(xì)觀裂紋周圍的局部變形場(chǎng)
　　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(yīng)變條件下泥砂巖變形局部化的實(shí)驗(yàn)研究
　5.1 引言
　5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置
　　5.2.1 壓力室及試件
　　5.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
　　5.2.3 實(shí)驗(yàn)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(xué)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(xué)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(zhǔn)則
　　7.2.2 Hill分叉準(zhǔn)則
　　7.2.3 極限點(diǎn)分叉準(zhǔn)則
　　7.2.4 經(jīng)典的不連續(xù)分叉準(zhǔn)則
　　7.2.5 喪失強(qiáng)橢圓性準(zhǔn)則
　　7.2.6 分叉準(zhǔn)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(zhǔn)則
　　7.5.1 巖石彈塑性響應(yīng)分叉臨界值
　　7.5.2 巖石的彈塑性局部化準(zhǔn)則及相應(yīng)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?br />　　9.2.2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析
　　9.2.3 軟巖平面應(yīng)變條件下局部化剪切帶形成的全過(guò)程
　參考文獻(xiàn)

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(zhǎng)的地質(zhì)年代演化后，其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造都有極其復(fù)雜的特性。當(dāng)前巖土工程的迅速發(fā)展，要求人們對(duì)巖石這種特殊材料進(jìn)行更深入地認(rèn)識(shí)和了解，因此，對(duì)巖石材料組成結(jié)構(gòu)的正確分析以及對(duì)巖石材料力學(xué)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(fù)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(huì)對(duì)巖石的力學(xué)性能產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響。試驗(yàn)研究表明，巖石在外載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變變化過(guò)程就是其內(nèi)部微缺陷萌生、擴(kuò)展演化和連接成核的過(guò)程。現(xiàn)代非線性彈性理論和彈塑性理論都是對(duì)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的擬合，而不能從本質(zhì)上反映這一過(guò)程。研究人員一直在試圖找到一種統(tǒng)一的理論來(lái)對(duì)巖石受力過(guò)程的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行描述，且不斷有新的理論被應(yīng)用于巖石材料，如應(yīng)用彈塑性斷裂理論來(lái)研究宏觀裂紋出現(xiàn)后對(duì)巖體強(qiáng)度的影響，應(yīng)用損傷力學(xué)來(lái)反映巖石在受力過(guò)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(xué)行為，并已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)課題?！　r石作為一種典型的地質(zhì)材料，在非均勻變形下就會(huì)出現(xiàn)局部變形，并且會(huì)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(huì)使材料的強(qiáng)度發(fā)生變化，因而不能單純用材料力學(xué)對(duì)其進(jìn)行研究。由于斷裂力學(xué)的引入，這類問(wèn)題得到了很好的解釋。巖石中的局部化變形同樣也直接導(dǎo)致了加載過(guò)程中巖石整體強(qiáng)度的降低，使巖體工程的承載力下降。所以研究和預(yù)測(cè)局部化變形帶的起動(dòng)、發(fā)展及其傾角和寬度對(duì)于巖石材料是非常重要的。通過(guò)對(duì)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(cuò)動(dòng)量較大；另一類不連續(xù)面的厚度相對(duì)比較大，上下盤的錯(cuò)動(dòng)偏移量也很大。與巖體一樣，在巖石試件的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^(guò)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(jiàn)的兩類不連續(xù)面： 一類是斷層錯(cuò)動(dòng)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)。　　……

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