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卸荷岩体本构理论及其应用 |
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卸荷岩体本构理论及其应用 |
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基本信息·出版社：科学出版社
·页码：190 页
·出版日期：2007年06月
·ISBN：7030190343
·条形码：9787030190345
·版本：第1版
·装帧：精装
·开本：16
·正文语种：中文
·图书品牌：科瀚伟业
内容简介 《卸荷岩体本构理论及其应用》是一本关于卸荷岩体力学的专著，介绍了作者在卸荷岩体力学领域的系列研究成果。《卸荷岩体本构理论及其应用》分11章，分别介绍了卸荷岩体本构理论的研究意义、现状和趋势，压缩和拉伸状态下岩石的细观损伤模型，轴压和围压卸荷条件下岩石的细观损伤模型，岩石卸荷条件下的损伤演化CT实验，卸荷岩体强度准则，加载和卸荷条件下裂隙相互作用对岩体本构关系的影响，以及二滩水电站地下厂房变形分析。
《卸荷岩体本构理论及其应用》可供土木、水电、矿山、交通、铁路等相关工程领域的广大科学技术人员和大专院校师生参考。
编辑推荐 《卸荷岩体本构理论及其应用》主要介绍了我和张永兴教授近年来在卸荷岩体理论方面的一些研究工作，以及作者对该领域的研究及其见解。现将这些工作整理发表，但愿能起到抛砖引玉的作用。尽管作者在研究过程中力求简单实用，但鉴于卸荷岩体力学特性的复杂性和细观力学分析的特点，《卸荷岩体本构理论及其应用》的一些研究成果对工程技术人员而言可能仍嫌复杂。与其他细观力学模型一样。
目录 前言
第1章 绪论
1.1 卸荷岩体本构理论的研究意义
1.2 国内外研究现状和趋势
1.3 本书的主要内容
参考文献
第2章 压应力状态下细观非均匀性脆性岩石损伤局部化分析及其全过程应力应变关系
2.1 概述
2.2 单轴压缩及低围压状态下岩石的变形和损伤局部化问题以及全过程应力应变关系
2.2.1 压应力状态下微裂纹的摩擦滑动
2.2.2 压应力状态下微裂纹的自相似扩展
2.2.3 压应力状态下微裂纹的弯折扩展
2.2.4 裂纹扩展准则
2.2.5 压应力状态下微裂纹的失稳扩展
2.2.6 理论与试验对比分析
2.3 中低围压状态下细观非均匀性岩石的全过程应力应变关系
2.3.1 三轴压应力状态下微裂纹的剪切滑移
2.3.2 三轴压应力状态下微裂纹的自相似扩展
2.3.3 压应力状态下微裂纹弯折扩展
2.3.4 裂纹扩展准则
2.3.5 三轴压应力状态下微裂纹的二次失稳扩展
2.3.6 摩擦系数和围压对弯折裂纹扩展路径的影响
2.3.7 摩擦系数和围压对剪切破坏的影响
2.3.8 理论模型与试验结果的对比分析
2.4 高围压状态下细观非均匀性岩石的全过程应力应变关系
2.4.1 微裂隙由于摩擦滑动引起的非弹性变形
2.4.2 微裂隙由于自相似扩展引起的非弹性变形
2.4.3 微裂隙由于失稳扩展引起的非弹性变形
2.4.4 理论和实验成果对比分析
2.5 结论
参考文献
第3章 峰前围压卸荷条件下岩石应力应变全过程分析和变形局部化研究
3.1 引言
3.2 理论分析
3.2.1 岩石加载引起的变形
3.2.2 裂纹闭合引起的变形
3.2.3 裂纹发生滑动引起的变形
3.2.4 微裂纹岩石加载过程的弯折扩展变形
3.3 围压卸荷过程引起的变形
3.3.1 裂隙的张开变形
3.3.2 裂纹滑动和弯折扩展引起的变形
3.3.3 裂纹失稳扩展引起的变形
3.3.4 理论和实验对比分析
3.3.5 结论
参考文献
第4章 轴向压力卸荷条件下岩石应力应变全过程分析和变形局部化研究
4.1 轴向压力卸荷至围压过程中岩石的应力应变关系
4.1.1 微裂纹的张开变形
4.1.2 微裂纹的反向滑移变形
4.2 轴向压力卸荷至零过程中岩石的应力应变关系
4.2.1 微裂纹的张开变形
4.2.2 微裂纹弯折扩展引起的变形
4.2.3 反向滑移引起的变形
4.2.4 摩擦弯折裂纹失稳扩展引起的变形
4.3 轴向应力卸荷至拉应力过程中岩石的应力应变关系
4.3.1 微裂纹的张开变形
4.3.2 微裂纹弯折扩展引起的变形
参考文献
第5章 卸荷状态下灰岩损伤演化的CT实验研究
5.1 引言
5.2 实验设备和过程
5.3 实验结果和分析
5.3.1 CT数的确定
5.3.2 灰岩损伤演化的机理分析
5.4 损伤变量的确定
5.5 结论
参考文献
第6章 卸荷岩体强度理论研究
6.1 理论模型
6.2 理论模型和实验成果对比分析
6.3 结论
参考文献
第7章 单轴拉伸条件下细观非均匀性岩石本构关系研究
7.1 引言
7.2 理论模型
7.3 理论和实验成果对比分析
7.4 结论
参考文献
第8章 压应力状态下裂隙间相互作用对岩体全应力应变关系的影响
8.1 引言
8.2 裂隙岩体本构关系
8.2.1 压应力状态下裂隙的摩擦滑动
8.2.2 压应力状态下裂隙的弯折扩展
8.2.3 应变软化阶段
8.3 单轴压缩状态下裂隙岩体全过程应力应变关系
8.3.1 含双周期性分布的摩擦弯折裂纹岩体的全过程应力应变关系
8.3.2 含钻石型摩擦弯折裂纹岩体的全过程应力应变关系
8.4 单轴压缩状态下裂隙岩体强度
8.4.1 含双周期性分布的摩擦弯折裂纹的岩体强度和摩擦系数之间的关系
8.4.2 含钻石型分布的摩擦弯折裂纹的岩体强度和摩擦系数之间的关系
8.5 侧向围压对弯折拉伸裂纹扩展的影响
8.6 工程应用
8.6.1 工程概况
8.6.2 与工程岩体分类法的结果进行对比
8.7 结论与讨论
附录A 式(8.14)和(8.16)的推导过程
附录B 裂隙间相互作用的推导
参考文献
第9章 围压卸荷条件下裂隙间相互作用对裂隙岩体变形的影响
9.1 引言
9.2 理论模型研究
9.2.1 没有裂隙的岩石受远场压应力作用
9.2.2 原生裂纹受位错内应力作用
9.2.3 原生裂纹受附加应力作用
9.2.4 裂隙岩体应力应变关系
9.3 数值计算
9.4 结论
参考文献
第10章 考虑裂隙间相互作用情况下轴压卸荷过程裂隙岩体应力应变关系
10.1 考虑裂隙间相互作用情况下轴压卸荷至围压过程中的应力应变关系
10.1.1 没有裂纹的岩石受远场压应力作用
10.1.2 原生裂纹受位错内应力作用
10.1.3 原生裂纹受附加应力作用
10.1.4 裂隙岩体应力应变关系
10.2 考虑裂隙间相互作用情况下轴压卸荷至零过程中应力应变关系
10.2.1 没有裂隙的岩石受远场压应力作用
10.2.2 原生裂纹受位错内应力作用
10.2.3 原生裂纹受附加应力作用
10.2.4 裂隙岩体应力应变关系
10.3 考虑裂隙间相互作用情况下轴向应力卸荷至拉应力过程中应力应变关系
10.3.1 张开裂隙的相互作用
10.3.2 闭合裂隙的相互作用
10.4 数值计算及其结果分析
10.5 结论
参考文献
第11章 二滩水电站地下厂房洞室变形分析
11.1 工程概况
11.1.1 工程地质条件
11.1.2 主要工程
11.1.3 以往计算成果
11.2 二滩水电站围岩的强度和变形分析
11.2.1 地下工程围岩参数的确定
11.2.2 二滩裂隙岩体强度的确定
11.3 二滩地下工程围岩损伤分析成果
11.3.1 按加载岩体力学计算结果
11.3.2 按卸荷岩体力学计算结果
11.3.3 对比分析
11.4 小结
参考文献
……
序言 岩体本质上是非连续介质，岩体在长期地质构造作用的过程中形成了大小不等、方向各异的结构面，也就是说，现今岩体是经过了各种作用的损伤岩体。节理、裂隙等结构面的形成、扩展和汇合对岩体的力学特性产生显著的影响，可以导致岩体的逐步劣化直到最终的断裂。
岩体工程分为基础工程、边坡工程和地下工程。基础工程的力学状态为加载岩体力学，地下工程开挖时围岩受力不再处于单纯的加载状态，而是在某些方向处于加载状态，另一些方向处于卸荷状态，其加载和卸荷方向视实际原岩应力场和地下洞室的形状和方位而定；边坡工程开挖后应力重新分布，其力学状态为卸荷。岩体加载与卸荷的力学特性有显著的区别，岩体卸荷比加载更易发生变形，并且其强度更低。当前，国内外对岩体在加载情况下的力学性态的研究取得了十分可喜的进展，已成功地将塑性力学、断裂力学、损伤力学、流变学、新的数学理论及神经网络等成熟理论或新学科引进到岩石力学的研究，而对岩体在卸荷情况下的力学特性的研究则不成熟。现有的研究大多局限于实验研究，对卸荷岩体的力学特性的理论研究较少。
卸荷岩体的力学特性包括变形特性和强度特性。变形特性可以通过本构关系进行描述，强度特性可以通过破坏准则体现。研究卸荷岩体的力学特性主要有唯象学法和细观力学方法。为了描述裂隙岩体在卸荷状态下的力学特性，作者阅读了大量有关唯象学法和细观力学方法的文献，反复比较了唯象学法和细观力学方法的优缺点，发现利用细观力学方法能揭示卸荷状态下裂隙岩体本构关系各个阶段的力学机理，并在此基础上能获得全过程应力应变关系。通过研究，作者发现裂隙相互作用是导致裂隙扩展模式发生分叉和岩体发生变形局部化的根本原因。
本书主要介绍了我和张永兴教授近年来在卸荷岩体理论方面的一些研究工作，以及作者对该领域的研究及其见解。现将这些工作整理发表，但愿能起到抛砖引玉的作用。尽管作者在研究过程中力求简单实用，但鉴于卸荷岩体力学特性的复杂性和细观力学分析的特点，本书的一些研究成果对工程技术人员而言可能仍嫌复杂。与其他细观力学模型一样，本书的研究结果对理解裂隙岩体在加载和卸荷条件下的破坏机理的差异、解析裂隙岩体在加载和卸荷条件下的变形局部化机理的不同以及构建裂隙岩体在加载和卸荷条件下的宏观力学性质与细观结构之间的关系是有益的，希望能为卸荷岩体力学的进一步发展有所推动和启发。卸荷岩体力学是一个新的研究领域，故本书的成果定有不完善之处，敬请读者批评指正。
文摘 插图：
本章利用损伤力学理论研究了单轴压缩、低围压、中等围压和高围压条件下细观非均匀性岩石变形局部化问题及其全过程应力应变关系，主要得出如下结论：
（1）在单轴压缩和低围压条件下岩石中的微裂纹的损伤机制主要表现为弯折扩展，其破坏特性表现为劈裂破坏。脆性岩石在单轴压缩和低围压条件下的变形可分解为岩石母体的变形、裂纹的摩擦、自相似扩展、弯折扩展和I型裂纹的失稳扩展变形，其本构关系包括线弹性、非线性强化、应力跌落和应变软化四个阶段。
（2）在中低围压条件下岩石中的微裂纹的损伤机制主要表现为弯折扩展和Ⅱ型裂纹扩展，其破坏特性表现为剪切破坏。岩石在中低围压条件下的变形可分解为岩石母体的变形、裂纹的摩擦、自相似扩展、弯折扩展和Ⅱ型裂纹的失稳扩展变形，其本构关系包括线弹性、非线性强化、应力跌落和应变软化四个阶段。
（3）在高围压条件下微裂纹的损伤机制主要表现为自相似扩展，其本构关系包括线弹性、非线性强化和应变软化三个阶段。
（4）本章的模型分析了各个阶段的细观损伤机制和本构关系。指出应变软化是分布损伤向损伤局部化过渡引起的，而微裂纹的失稳扩展是损伤局部化和应变局部化的根本原因，将损伤局部化引入材料的损伤本构关系是和以往损伤模型的又一重要差别。
（5）本章的模型考虑了岩石材料的细观非均匀性，特别分析了weibull分布时岩石受压状态下的全过程应力应变关系。
（6）实验证实本文提出的本构模型能较好地反映岩石在压应力状态下的变形特性。
