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基于梯度塑性理论的岩样单轴压缩扩容分析

岩石力学与工程学报 2004年第5期23卷 721-724页

作者：王学滨潘一山辽宁工程技术大学力学与工程科学系阜新123000

采用梯度塑性理论,对岩样剪应变局部化引起的扩容进行了理论分析。假设岩石的剪切本构关系为弹性-应变软化双线性,局部化启动于应力峰值强度,利用局部塑性剪应变与局部塑性体积应变的线性关系,得到了局部塑性体积应变、局部塑性体积增... 详细信息

采用梯度塑性理论,对岩样剪应变局部化引起的扩容进行了理论分析。假设岩石的剪切本构关系为弹性-应变软化双线性,局部化启动于应力峰值强度,利用局部塑性剪应变与局部塑性体积应变的线性关系,得到了局部塑性体积应变、局部塑性体积增量及剪胀引起的剪切带总塑性体积增量的解析式,这体现了该理论在研究剪胀问题时的优越性。另外,还得到了弹性阶段及应变软化阶段的轴向应力-体积应变曲线的理论关系。塑性体积应变是专指由剪切带剪胀而引起的,因而,轴向应力-体积应变不具有尺寸效应,与局部化带的尺寸无关,但扩容角、剪切降模量及泊松比却对该曲线有重要影响。在弹性阶段及应变软化阶段轴向应力-体积应变均呈线性。在相同的应力水平下,扩容角越大则剪胀程度越大;剪切降模量越大,剪胀程度越小。在应变软化阶段,泊松比不影响塑性体积应变。

关键词：岩石力学梯度塑性理论剪切带扩容角尺寸效应

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围压对剪切带倾角影响的梯度塑性理论分析

岩石力学与工程学报 2004年第1期23卷 31-34页

作者： WangXuebin YaoZaixing PanYishan DepartmentofMechanicsandEngineeringSciences LiaoningTechnicalUniversityFuxin123000China

The inclination angle ofsbear band is analyzed considering heterogeneity of rock material when a single shear hand is formed in the center of specimen under triaxial compression. The analytical solution of post-peak axial stress-axial strain curve is deduced using the assumption that the total post-peak deformation is composed of entire uniform elastic deformation and localized shear plastic deformation dependent on the thickness of shear band. The obtained solution shows that the post-peak stiffness is related to the inclination angle of shear band, confining pressure, thickness of shear hand and elastic modulus, etc. Using the solution, the expression for the inclination angle of shear hand can be presented easily and it is dependent on constitutive parameters of rock material and geometry parameters of rock specimen. Larger dilation angle or loading rate leads to increment of the inclination angle. In addition, the inclination angle increases with the thickness of the shear band, which cannot be explained or forecasted by other existing solutions, such as Coulomb inclination, Roscoe inclination and Arthur inclination, etc.

关键词：围压剪切带梯度塑性理论岩石力学

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基于梯度塑性理论的断层活化机理

煤炭学报 2012年第12期37卷 2060-2064页

作者：林远东涂敏刘文震吴建强安徽理工大学理学院安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001

基于梯度塑性理论,将断层视为内部连续、有厚度的地质体,分析断层带应变软化及其应变局部化问题。将梯度塑性理论引入断层带模型,得到了断层带沿倾向相对错动位移的理论表达式,定义了"断层带等效剪切刚度";通过对上盘岩体的下边缘界面... 详细信息

基于梯度塑性理论,将断层视为内部连续、有厚度的地质体,分析断层带应变软化及其应变局部化问题。将梯度塑性理论引入断层带模型,得到了断层带沿倾向相对错动位移的理论表达式,定义了"断层带等效剪切刚度";通过对上盘岩体的下边缘界面处单元体应力分析,得到上盘岩体沿断层倾向的相对错动位移并定义了"两盘岩体等效剪切刚度"。根据"断层带等效剪切刚度"与"两盘岩体等效剪切刚度"的关系得到了断层活化的判据。结果表明:断层的活化不仅与断层内部地质体材料的性质(断层内部地质体材料的脆性、内部结构尺寸)有关,还与两盘岩石的特征参数(剪切弹性模量、泊松比)及包括断层倾向长度的最小岩层尺寸相关;断层内部地质体材料的内部参数越小、"两盘岩体等效剪切刚度"越小、断层内部地质体材料越脆及包括断层倾向长度的岩层最小尺寸越大,断层越易活化。

关键词：梯度塑性理论断层活化活化判据力学分析剪切位移剪切刚度

基于梯度塑性理论的单向拉伸低碳钢试样颈缩分析

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塑性工程学报 2002年第3期9卷 55-57页

作者：王学滨杨梅潘一山辽宁工程技术大学阜新123000

采用非局部的梯度塑性理论 ,得到了断面收缩率及颈缩区内部不同位置直径的解析解。应变软化越严重 ,颈缩程度越大。在颈缩区域中部 ,半径最小。在颈缩区域内轴向拉应力分布是不均匀的 ,在颈缩区域中部 ,其值最大 ,而在颈缩区域边缘 ,其... 详细信息

采用非局部的梯度塑性理论 ,得到了断面收缩率及颈缩区内部不同位置直径的解析解。应变软化越严重 ,颈缩程度越大。在颈缩区域中部 ,半径最小。在颈缩区域内轴向拉应力分布是不均匀的 ,在颈缩区域中部 ,其值最大 ,而在颈缩区域边缘 ,其值最小。随着流动拉应力的降低 ,颈缩区域中部的真应力持续增加。在应变软化过程中 ,断面收缩率持续增加 ,但增加的速度越来越慢。

关键词：低碳钢颈缩梯度塑性理论变形局部化单向拉伸

基于梯度塑性理论的岩样在压剪条件下变形及稳定性分析

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岩土力学 2004年第Z2期25卷 39-42页

作者：王学滨辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000

考虑了正应力及剪应力联合作用在岩样的端部,而且,在正应力被视为变量,剪应力被视为常量这一特殊条件下,对剪切带的变形特征及剪切带-带外弹性体系统的失稳判据进行了分析。根据剪切虎克定律及梯度塑性理论,提出了剪切带内部弹性应变、... 详细信息

考虑了正应力及剪应力联合作用在岩样的端部,而且,在正应力被视为变量,剪应力被视为常量这一特殊条件下,对剪切带的变形特征及剪切带-带外弹性体系统的失稳判据进行了分析。根据剪切虎克定律及梯度塑性理论,提出了剪切带内部弹性应变、塑性应变及总应变的解析式,对上述三种应变进行积分,提出了剪切带错动弹性位移、塑性位移及总位移的解析式。利用压缩虎克定律及几何关系建立了剪切带外弹性体的刚度的表达式。根据刚度理论,建立了剪切带-带外弹性体系统的失稳判据。考虑岩样端面的剪切应力后,在流动剪切应力相同时,剪切带内部的弹性剪切应变(均匀分布)将增加;剪切带内部的塑性剪切应变(不均匀分布)将减小;剪切带的弹性剪切位移(线性分布)将增加;剪切带的塑性剪切位移(非线性分布)将减小;剪切带错动位移要小一些。另外,剪切应力对剪切带-带外弹性体系统的失稳判据没有影响。失稳判据仅和岩石的本构参数、剪切带倾角及结构尺寸有关。

关键词：梯度塑性理论正应力剪应力剪切带剪切位移失稳判据刚度

基于梯度塑性理论的岩样拉压剪破坏统一失稳判据

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岩土力学 2003年第S2期24卷 138-142页

作者：王学滨张智慧潘一山辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000

提出了单轴拉伸,直剪及单轴压缩剪切破坏失稳判据的统一形式。首先对de Borst R及Muhlhaus H B关于单轴拉伸试件梯度塑性理论解析解方面的开创性工作进行了回顾、评论,并指出了他们工作的缺憾。受de Borst R等工作的启发,对直接剪切试... 详细信息

提出了单轴拉伸,直剪及单轴压缩剪切破坏失稳判据的统一形式。首先对de Borst R及Muhlhaus H B关于单轴拉伸试件梯度塑性理论解析解方面的开创性工作进行了回顾、评论,并指出了他们工作的缺憾。受de Borst R等工作的启发,对直接剪切试件进行了分析,得到了快速回跳条件。并发现:岩样的快速回跳条件就是系统(由剪切带及带外弹性岩石构成)的失稳判据。又对单轴压缩岩样剪切破坏进行了分析,得到了其失稳判据。通过对单轴拉伸失稳判据、直接剪切失稳判据及单轴压缩剪切破坏失稳判据的类比,得到了失稳判据的统一形式。统一失稳判据表明:岩石材料的局部化带宽度及压缩或剪切弹性模量越小,软化模量及等效试件高度越大,试件越容易发生失稳破坏。

关键词：梯度塑性理论失稳判据统一形式应变局部化单轴拉伸直接剪切单轴压缩剪切带倾角

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基于塑性体积应变的梯度塑性理论研究

长江科学院院报 2012年第8期29卷 7-11,51页

作者：曾亚武黎玲熊俊曹源武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

首先介绍了2种基本类型的梯度塑性理论以及两者间的差别,然后在材料的屈服函数中考虑硬化参数的梯度项,引入了梯度塑性理论的一般本构关系。考虑到岩石材料的特殊性,以塑性体积应变为内变量,在Drucker-Prager屈服模型中引入该内变量的... 详细信息

首先介绍了2种基本类型的梯度塑性理论以及两者间的差别,然后在材料的屈服函数中考虑硬化参数的梯度项,引入了梯度塑性理论的一般本构关系。考虑到岩石材料的特殊性,以塑性体积应变为内变量,在Drucker-Prager屈服模型中引入该内变量的梯度项,建立了岩石的一种内变量梯度塑性模型;在经典塑性理论基础上推导了塑性体积应变的表达式,得出了分析岩石应变局部化的增量本构关系。最后在平面应变状态下分析单向受力时岩石应变局部化状态,推导出了应变局部化带宽度的表达式,并且得出了带宽随局部化带参数变化而变化的结论。

关键词：岩石破坏应变局部化梯度塑性理论内变量剪切带

梯度塑性理论及其在地质灾害预测研究中的应用

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中国地质灾害与防治学报 2004年第2期15卷 53-58,43页

作者：王学滨唐巨鹏潘一山辽宁工程技术大学力学与工程科学系辽宁阜新123000

岩石结构稳定性问题是岩土工程实践中迫切需要解决的重要课题之一。文章以地震为例,讨论了地质灾害的局部化特征,介绍了经典弹、塑性理论的某些缺陷及梯度塑性理论的几点优越性:(1)控制方程总是适定的;(2)病态网格依赖性消失;(3)局部化... 详细信息

岩石结构稳定性问题是岩土工程实践中迫切需要解决的重要课题之一。文章以地震为例,讨论了地质灾害的局部化特征,介绍了经典弹、塑性理论的某些缺陷及梯度塑性理论的几点优越性:(1)控制方程总是适定的;(2)病态网格依赖性消失;(3)局部化带宽度由材料的内部长度完全确定;(4)可对岩石结构的尺寸效应及失稳回跳进行合理解释和预测;(5)对预测宏观及微观问题均比较有效。介绍了基于梯度塑性理论的岩石变形、破坏及稳定性研究进展。梯度塑性理论可用于研究单轴压缩条件下,岩石试件发生剪切破坏时全程应力-应变曲线、尺寸效应、剪切带倾角尺寸效应及失稳回跳等问题,它们对土木工程及岩土工程均十分重要。若将单轴压缩岩样比拟为矿柱,则该失稳判据即为矿柱岩爆准则。梯度塑性理论可用于研究韧性断层带内部应变、应变率分布规律、断层带错动位移及带内孔隙度分布规律,为韧性断层带定量分析提供了新的手段。此外,该理论还可对直剪试验机———岩样系统不稳定性进行分析,系统失稳可比拟为断层岩爆。发展基于梯度塑性理论尺度律及失稳判据等解析解一方面可加深对岩石变形、破坏的理解;另一方面,还可用来检验数值结果的正确性。

关键词：岩石结构的稳定性地质灾害局部化梯度塑性理论变形破坏断层带

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基于梯度塑性理论的岩石等间距破坏分析

防灾减灾工程学报 2006年第2期26卷 201-206页

作者：黄梅潘一山官福海辽宁工程技术大学力学系辽宁阜新123000

等间距断裂属应变局部化范畴,这是传统的宏观连续介质理论无法预测和解释的。应变梯度理论是传统塑性理论的推广和完善,本文在屈服函数中引用应变梯度项分析了岩石等间距破坏问题。首先建立了平面应力状态下应变梯度塑性理论模型,通过... 详细信息

等间距断裂属应变局部化范畴,这是传统的宏观连续介质理论无法预测和解释的。应变梯度理论是传统塑性理论的推广和完善,本文在屈服函数中引用应变梯度项分析了岩石等间距破坏问题。首先建立了平面应力状态下应变梯度塑性理论模型,通过解析岩样边界在水平压应力作用下的塑性应变场,得出其曲面的分布具有等间距规律,其网络的分布格局及幅值大小受岩样尺度、边界应力、降模量等多种因素的影响。这一结论不仅与一些文献结果相吻合,而且说明用梯度塑性理论能够近似描述等间距现象。本文对深入研究等间距断裂提供了一个新思路。

关键词：等间距梯度塑性理论边界应力应变场