《卸荷岩體本構理論及其套用》是一本關於卸荷岩體力學的專著，介紹了作者在卸荷岩體力學領域的系列研究成果。《卸荷岩體本構理論及其套用》分11章，分別介紹了卸荷岩體本構理論的研究意義、現狀和趨勢，壓縮和拉伸狀態下岩石的細觀損傷模型，軸壓和圍壓卸荷條件下岩石的細觀損傷模型，岩石卸荷條件下的損傷演化CT實驗，卸荷岩體強度準則，載入和卸荷條件下裂隙相互作用對岩體本構關係的影響，以及二灘水電站地下廠房變形分析。 《卸荷岩體本構理論及其套用》可供土木、水電、礦山、交通、鐵路等相關工程領域的廣大科學技術人員和大專院校師生參考。
基本介紹
- 書名：卸荷岩體本構理論及其套用
- 出版社：科學出版社
- 頁數：190頁
- 開本：16
- 定價：35.00
- 作者：周小平 張永興
- 出版日期：2007年6月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7030190343
內容簡介,圖書目錄,文摘,序言,
內容簡介
《卸荷岩體本構理論及其套用》主要介紹了我和張永興教授近年來在卸荷岩體理論方面的一些研究工作，以及作者對該領域的研究及其見解。現將這些工作整理髮表，但願能起到拋磚引玉的作用。儘管作者在研究過程中力求簡單實用，但鑒於卸荷岩體力學特性的複雜性和細觀力學分析的特點，《卸荷岩體本構理論及其套用》的一些研究成果對工程技術人員而言可能仍嫌複雜。與其他細觀力學模型一樣。
圖書目錄
前言
第1章 緒論
1.1 卸荷岩體本構理論的研究意義
1.2 國內外研究現狀和趨勢
1.3 本書的主要內容
參考文獻
第2章 壓應力狀態下細觀非均勻性脆性岩石損傷局部化分析及其全過程應力應變關係
2.1 概述
2.2 單軸壓縮及低圍壓狀態下岩石的變形和損傷局部化問題以及全過程應力應變關係
2.2.1 壓應力狀態下微裂紋的摩擦滑動
2.2.2 壓應力狀態下微裂紋的自相似擴展
2.2.3 壓應力狀態下微裂紋的彎折擴展
2.2.4 裂紋擴展準則
2.2.5 壓應力狀態下微裂紋的失穩擴展
2.2.6 理論與試驗對比分析
2.3 中低圍壓狀態下細觀非均勻性岩石的全過程應力應變關係
2.3.1 三軸壓應力狀態下微裂紋的剪下滑移
2.3.2 三軸壓應力狀態下微裂紋的自相似擴展
2.3.3 壓應力狀態下微裂紋彎折擴展
2.3.4 裂紋擴展準則
2.3.5 三軸壓應力狀態下微裂紋的二次失穩擴展
2.3.6 摩擦係數和圍壓對彎折裂紋擴展路徑的影響
2.3.7 摩擦係數和圍壓對剪下破壞的影響
2.3.8 理論模型與試驗結果的對比分析
2.4 高圍壓狀態下細觀非均勻性岩石的全過程應力應變關係
2.4.1 微裂隙由於摩擦滑動引起的非彈性變形
2.4.2 微裂隙由於自相似擴展引起的非彈性變形
2.4.3 微裂隙由於失穩擴展引起的非彈性變形
2.4.4 理論和實驗成果對比分析
2.5 結論
參考文獻
第3章 峰前圍壓卸荷條件下岩石應力應變全過程分析和變形局部化研究
3.1 引言
3.2 理論分析
3.2.1 岩石載入引起的變形
3.2.2 裂紋閉合引起的變形
3.2.3 裂紋發生滑動引起的變形
3.2.4 微裂紋岩石載入過程的彎折擴展變形
3.3 圍壓卸荷過程引起的變形
3.3.1 裂隙的張開變形
3.3.2 裂紋滑動和彎折擴展引起的變形
3.3.3 裂紋失穩擴展引起的變形
3.3.4 理論和實驗對比分析
3.3.5 結論
參考文獻
第4章 軸向壓力卸荷條件下岩石應力應變全過程分析和變形局部化研究
4.1 軸向壓力卸荷至圍壓過程中岩石的應力應變關係
4.1.1 微裂紋的張開變形
4.1.2 微裂紋的反向滑移變形
4.2 軸向壓力卸荷至零過程中岩石的應力應變關係
4.2.1 微裂紋的張開變形
4.2.2 微裂紋彎折擴展引起的變形
4.2.3 反向滑移引起的變形
4.2.4 摩擦彎折裂紋失穩擴展引起的變形
4.3 軸向應力卸荷至拉應力過程中岩石的應力應變關係
4.3.1 微裂紋的張開變形
4.3.2 微裂紋彎折擴展引起的變形
參考文獻
第5章 卸荷狀態下灰岩損傷演化的CT實驗研究
5.1 引言
5.2 實驗設備和過程
5.3 實驗結果和分析
5.3.1 CT數的確定
5.3.2 灰岩損傷演化的機理分析
5.4 損傷變數的確定
5.5 結論
參考文獻
第6章 卸荷岩體強度理論研究
6.1 理論模型
6.2 理論模型和實驗成果對比分析
6.3 結論
參考文獻
第7章 單軸拉伸條件下細觀非均勻性岩石本構關係研究
7.1 引言
7.2 理論模型
7.3 理論和實驗成果對比分析
7.4 結論
參考文獻
第8章 壓應力狀態下裂隙間相互作用對岩體全應力應變關係的影響
8.1 引言
8.2 裂隙岩體本構關係
8.2.1 壓應力狀態下裂隙的摩擦滑動
8.2.2 壓應力狀態下裂隙的彎折擴展
8.2.3 應變軟化階段
8.3 單軸壓縮狀態下裂隙岩體全過程應力應變關係
8.3.1 含雙周期性分布的摩擦彎折裂紋岩體的全過程應力應變關係
8.3.2 含鑽石型摩擦彎折裂紋岩體的全過程應力應變關係
8.4 單軸壓縮狀態下裂隙岩體強度
8.4.1 含雙周期性分布的摩擦彎折裂紋的岩體強度和摩擦係數之間的關係
8.4.2 含鑽石型分布的摩擦彎折裂紋的岩體強度和摩擦係數之間的關係
8.5 側向圍壓對彎折拉伸裂紋擴展的影響
8.6 工程套用
8.6.1 工程概況
8.6.2 與工程岩體分類法的結果進行對比
8.7 結論與討論
附錄A 式(8.14)和(8.16)的推導過程
附錄B 裂隙間相互作用的推導
參考文獻
第9章 圍壓卸荷條件下裂隙間相互作用對裂隙岩體變形的影響
9.1 引言
9.2 理論模型研究
9.2.1 沒有裂隙的岩石受遠場壓應力作用
9.2.2 原生裂紋受位錯內應力作用
9.2.3 原生裂紋受附加應力作用
9.2.4 裂隙岩體應力應變關係
9.3 數值計算
9.4 結論
參考文獻
第10章 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷過程裂隙岩體應力應變關係
10.1 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷至圍壓過程中的應力應變關係
10.1.1 沒有裂紋的岩石受遠場壓應力作用
10.1.2 原生裂紋受位錯內應力作用
10.1.3 原生裂紋受附加應力作用
10.1.4 裂隙岩體應力應變關係
10.2 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷至零過程中應力應變關係
10.2.1 沒有裂隙的岩石受遠場壓應力作用
10.2.2 原生裂紋受位錯內應力作用
10.2.3 原生裂紋受附加應力作用
10.2.4 裂隙岩體應力應變關係
10.3 考慮裂隙間相互作用情況下軸向應力卸荷至拉應力過程中應力應變關係
10.3.1 張開裂隙的相互作用
10.3.2 閉合裂隙的相互作用
10.4 數值計算及其結果分析
10.5 結論
參考文獻
第11章 二灘水電站地下廠房洞室變形分析
11.1 工程概況
11.1.1 工程地質條件
11.1.2 主要工程
11.1.3 以往計算成果
11.2 二灘水電站圍岩的強度和變形分析
11.2.1 地下工程圍岩參數的確定
11.2.2 二灘裂隙岩體強度的確定
11.3 二灘地下工程圍岩損傷分析成果
11.3.1 按載入岩體力學計算結果
11.3.2 按卸荷岩體力學計算結果
11.3.3 對比分析
11.4 小結
參考文獻
第1章 緒論
1.1 卸荷岩體本構理論的研究意義
1.2 國內外研究現狀和趨勢
1.3 本書的主要內容
參考文獻
第2章 壓應力狀態下細觀非均勻性脆性岩石損傷局部化分析及其全過程應力應變關係
2.1 概述
2.2 單軸壓縮及低圍壓狀態下岩石的變形和損傷局部化問題以及全過程應力應變關係
2.2.1 壓應力狀態下微裂紋的摩擦滑動
2.2.2 壓應力狀態下微裂紋的自相似擴展
2.2.3 壓應力狀態下微裂紋的彎折擴展
2.2.4 裂紋擴展準則
2.2.5 壓應力狀態下微裂紋的失穩擴展
2.2.6 理論與試驗對比分析
2.3 中低圍壓狀態下細觀非均勻性岩石的全過程應力應變關係
2.3.1 三軸壓應力狀態下微裂紋的剪下滑移
2.3.2 三軸壓應力狀態下微裂紋的自相似擴展
2.3.3 壓應力狀態下微裂紋彎折擴展
2.3.4 裂紋擴展準則
2.3.5 三軸壓應力狀態下微裂紋的二次失穩擴展
2.3.6 摩擦係數和圍壓對彎折裂紋擴展路徑的影響
2.3.7 摩擦係數和圍壓對剪下破壞的影響
2.3.8 理論模型與試驗結果的對比分析
2.4 高圍壓狀態下細觀非均勻性岩石的全過程應力應變關係
2.4.1 微裂隙由於摩擦滑動引起的非彈性變形
2.4.2 微裂隙由於自相似擴展引起的非彈性變形
2.4.3 微裂隙由於失穩擴展引起的非彈性變形
2.4.4 理論和實驗成果對比分析
2.5 結論
參考文獻
第3章 峰前圍壓卸荷條件下岩石應力應變全過程分析和變形局部化研究
3.1 引言
3.2 理論分析
3.2.1 岩石載入引起的變形
3.2.2 裂紋閉合引起的變形
3.2.3 裂紋發生滑動引起的變形
3.2.4 微裂紋岩石載入過程的彎折擴展變形
3.3 圍壓卸荷過程引起的變形
3.3.1 裂隙的張開變形
3.3.2 裂紋滑動和彎折擴展引起的變形
3.3.3 裂紋失穩擴展引起的變形
3.3.4 理論和實驗對比分析
3.3.5 結論
參考文獻
第4章 軸向壓力卸荷條件下岩石應力應變全過程分析和變形局部化研究
4.1 軸向壓力卸荷至圍壓過程中岩石的應力應變關係
4.1.1 微裂紋的張開變形
4.1.2 微裂紋的反向滑移變形
4.2 軸向壓力卸荷至零過程中岩石的應力應變關係
4.2.1 微裂紋的張開變形
4.2.2 微裂紋彎折擴展引起的變形
4.2.3 反向滑移引起的變形
4.2.4 摩擦彎折裂紋失穩擴展引起的變形
4.3 軸向應力卸荷至拉應力過程中岩石的應力應變關係
4.3.1 微裂紋的張開變形
4.3.2 微裂紋彎折擴展引起的變形
參考文獻
第5章 卸荷狀態下灰岩損傷演化的CT實驗研究
5.1 引言
5.2 實驗設備和過程
5.3 實驗結果和分析
5.3.1 CT數的確定
5.3.2 灰岩損傷演化的機理分析
5.4 損傷變數的確定
5.5 結論
參考文獻
第6章 卸荷岩體強度理論研究
6.1 理論模型
6.2 理論模型和實驗成果對比分析
6.3 結論
參考文獻
第7章 單軸拉伸條件下細觀非均勻性岩石本構關係研究
7.1 引言
7.2 理論模型
7.3 理論和實驗成果對比分析
7.4 結論
參考文獻
第8章 壓應力狀態下裂隙間相互作用對岩體全應力應變關係的影響
8.1 引言
8.2 裂隙岩體本構關係
8.2.1 壓應力狀態下裂隙的摩擦滑動
8.2.2 壓應力狀態下裂隙的彎折擴展
8.2.3 應變軟化階段
8.3 單軸壓縮狀態下裂隙岩體全過程應力應變關係
8.3.1 含雙周期性分布的摩擦彎折裂紋岩體的全過程應力應變關係
8.3.2 含鑽石型摩擦彎折裂紋岩體的全過程應力應變關係
8.4 單軸壓縮狀態下裂隙岩體強度
8.4.1 含雙周期性分布的摩擦彎折裂紋的岩體強度和摩擦係數之間的關係
8.4.2 含鑽石型分布的摩擦彎折裂紋的岩體強度和摩擦係數之間的關係
8.5 側向圍壓對彎折拉伸裂紋擴展的影響
8.6 工程套用
8.6.1 工程概況
8.6.2 與工程岩體分類法的結果進行對比
8.7 結論與討論
附錄A 式(8.14)和(8.16)的推導過程
附錄B 裂隙間相互作用的推導
參考文獻
第9章 圍壓卸荷條件下裂隙間相互作用對裂隙岩體變形的影響
9.1 引言
9.2 理論模型研究
9.2.1 沒有裂隙的岩石受遠場壓應力作用
9.2.2 原生裂紋受位錯內應力作用
9.2.3 原生裂紋受附加應力作用
9.2.4 裂隙岩體應力應變關係
9.3 數值計算
9.4 結論
參考文獻
第10章 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷過程裂隙岩體應力應變關係
10.1 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷至圍壓過程中的應力應變關係
10.1.1 沒有裂紋的岩石受遠場壓應力作用
10.1.2 原生裂紋受位錯內應力作用
10.1.3 原生裂紋受附加應力作用
10.1.4 裂隙岩體應力應變關係
10.2 考慮裂隙間相互作用情況下軸壓卸荷至零過程中應力應變關係
10.2.1 沒有裂隙的岩石受遠場壓應力作用
10.2.2 原生裂紋受位錯內應力作用
10.2.3 原生裂紋受附加應力作用
10.2.4 裂隙岩體應力應變關係
10.3 考慮裂隙間相互作用情況下軸向應力卸荷至拉應力過程中應力應變關係
10.3.1 張開裂隙的相互作用
10.3.2 閉合裂隙的相互作用
10.4 數值計算及其結果分析
10.5 結論
參考文獻
第11章 二灘水電站地下廠房洞室變形分析
11.1 工程概況
11.1.1 工程地質條件
11.1.2 主要工程
11.1.3 以往計算成果
11.2 二灘水電站圍岩的強度和變形分析
11.2.1 地下工程圍岩參數的確定
11.2.2 二灘裂隙岩體強度的確定
11.3 二灘地下工程圍岩損傷分析成果
11.3.1 按載入岩體力學計算結果
11.3.2 按卸荷岩體力學計算結果
11.3.3 對比分析
11.4 小結
參考文獻
文摘
插圖：
本章利用損傷力學理論研究了單軸壓縮、低圍壓、中等圍壓和高圍壓條件下細觀非均勻性岩石變形局部化問題及其全過程應力應變關係，主要得出如下結論：
（1）在單軸壓縮和低圍壓條件下岩石中的微裂紋的損傷機制主要表現為彎折擴展，其破壞特性表現為劈裂破壞。脆性岩石在單軸壓縮和低圍壓條件下的變形可分解為岩石母體的變形、裂紋的摩擦、自相似擴展、彎折擴展和I型裂紋的失穩擴展變形，其本構關係包括線彈性、非線性強化、應力跌落和應變軟化四個階段。
（2）在中低圍壓條件下岩石中的微裂紋的損傷機制主要表現為彎折擴展和Ⅱ型裂紋擴展，其破壞特性表現為剪下破壞。岩石在中低圍壓條件下的變形可分解為岩石母體的變形、裂紋的摩擦、自相似擴展、彎折擴展和Ⅱ型裂紋的失穩擴展變形，其本構關係包括線彈性、非線性強化、應力跌落和應變軟化四個階段。
（3）在高圍壓條件下微裂紋的損傷機制主要表現為自相似擴展，其本構關係包括線彈性、非線性強化和應變軟化三個階段。
（4）本章的模型分析了各個階段的細觀損傷機制和本構關係。指出應變軟化是分布損傷向損傷局部化過渡引起的，而微裂紋的失穩擴展是損傷局部化和應變局部化的根本原因，將損傷局部化引入材料的損傷本構關係是和以往損傷模型的又一重要差別。
（5）本章的模型考慮了岩石材料的細觀非均勻性，特別分析了weibull分布時岩石受壓狀態下的全過程應力應變關係。
（6）實驗證實本文提出的本構模型能較好地反映岩石在壓應力狀態下的變形特性。
本章利用損傷力學理論研究了單軸壓縮、低圍壓、中等圍壓和高圍壓條件下細觀非均勻性岩石變形局部化問題及其全過程應力應變關係，主要得出如下結論：
（1）在單軸壓縮和低圍壓條件下岩石中的微裂紋的損傷機制主要表現為彎折擴展，其破壞特性表現為劈裂破壞。脆性岩石在單軸壓縮和低圍壓條件下的變形可分解為岩石母體的變形、裂紋的摩擦、自相似擴展、彎折擴展和I型裂紋的失穩擴展變形，其本構關係包括線彈性、非線性強化、應力跌落和應變軟化四個階段。
（2）在中低圍壓條件下岩石中的微裂紋的損傷機制主要表現為彎折擴展和Ⅱ型裂紋擴展，其破壞特性表現為剪下破壞。岩石在中低圍壓條件下的變形可分解為岩石母體的變形、裂紋的摩擦、自相似擴展、彎折擴展和Ⅱ型裂紋的失穩擴展變形，其本構關係包括線彈性、非線性強化、應力跌落和應變軟化四個階段。
（3）在高圍壓條件下微裂紋的損傷機制主要表現為自相似擴展，其本構關係包括線彈性、非線性強化和應變軟化三個階段。
（4）本章的模型分析了各個階段的細觀損傷機制和本構關係。指出應變軟化是分布損傷向損傷局部化過渡引起的，而微裂紋的失穩擴展是損傷局部化和應變局部化的根本原因，將損傷局部化引入材料的損傷本構關係是和以往損傷模型的又一重要差別。
（5）本章的模型考慮了岩石材料的細觀非均勻性，特別分析了weibull分布時岩石受壓狀態下的全過程應力應變關係。
（6）實驗證實本文提出的本構模型能較好地反映岩石在壓應力狀態下的變形特性。
序言
岩體本質上是非連續介質，岩體在長期地質構造作用的過程中形成了大小不等、方向各異的結構面，也就是說，現今岩體是經過了各種作用的損傷岩體。節理、裂隙等結構面的形成、擴展和匯合對岩體的力學特性產生顯著的影響，可以導致岩體的逐步劣化直到最終的斷裂。
岩體工程分為基礎工程、邊坡工程和地下工程。基礎工程的力學狀態為載入岩體力學，地下工程開挖時圍岩受力不再處於單純的載入狀態，而是在某些方向處於載入狀態，另一些方向處於卸荷狀態，其載入和卸荷方向視實際原岩應力場和地下洞室的形狀和方位而定；邊坡工程開挖後應力重新分布，其力學狀態為卸荷。岩體載入與卸荷的力學特性有顯著的區別，岩體卸荷比載入更易發生變形，並且其強度更低。當前，國內外對岩體在載入情況下的力學性態的研究取得了十分可喜的進展，已成功地將塑性力學、斷裂力學、損傷力學、流變學、新的數學理論及神經網路等成熟理論或新學科引進到岩石力學的研究，而對岩體在卸荷情況下的力學特性的研究則不成熟。現有的研究大多局限於實驗研究，對卸荷岩體的力學特性的理論研究較少。
卸荷岩體的力學特性包括變形特性和強度特性。變形特性可以通過本構關係進行描述，強度特性可以通過破壞準則體現。研究卸荷岩體的力學特性主要有唯象學法和細觀力學方法。為了描述裂隙岩體在卸荷狀態下的力學特性，作者閱讀了大量有關唯象學法和細觀力學方法的文獻，反覆比較了唯象學法和細觀力學方法的優缺點，發現利用細觀力學方法能揭示卸荷狀態下裂隙岩體本構關係各個階段的力學機理，並在此基礎上能獲得全過程應力應變關係。通過研究，作者發現裂隙相互作用是導致裂隙擴展模式發生分叉和岩體發生變形局部化的根本原因。
本書主要介紹了我和張永興教授近年來在卸荷岩體理論方面的一些研究工作，以及作者對該領域的研究及其見解。現將這些工作整理髮表，但願能起到拋磚引玉的作用。儘管作者在研究過程中力求簡單實用，但鑒於卸荷岩體力學特性的複雜性和細觀力學分析的特點，本書的一些研究成果對工程技術人員而言可能仍嫌複雜。與其他細觀力學模型一樣，本書的研究結果對理解裂隙岩體在載入和卸荷條件下的破壞機理的差異、解析裂隙岩體在載入和卸荷條件下的變形局部化機理的不同以及構建裂隙岩體在載入和卸荷條件下的巨觀力學性質與細觀結構之間的關係是有益的，希望能為卸荷岩體力學的進一步發展有所推動和啟發。卸荷岩體力學是一個新的研究領域，故本書的成果定有不完善之處，敬請讀者批評指正。
岩體工程分為基礎工程、邊坡工程和地下工程。基礎工程的力學狀態為載入岩體力學，地下工程開挖時圍岩受力不再處於單純的載入狀態，而是在某些方向處於載入狀態，另一些方向處於卸荷狀態，其載入和卸荷方向視實際原岩應力場和地下洞室的形狀和方位而定；邊坡工程開挖後應力重新分布，其力學狀態為卸荷。岩體載入與卸荷的力學特性有顯著的區別，岩體卸荷比載入更易發生變形，並且其強度更低。當前，國內外對岩體在載入情況下的力學性態的研究取得了十分可喜的進展，已成功地將塑性力學、斷裂力學、損傷力學、流變學、新的數學理論及神經網路等成熟理論或新學科引進到岩石力學的研究，而對岩體在卸荷情況下的力學特性的研究則不成熟。現有的研究大多局限於實驗研究，對卸荷岩體的力學特性的理論研究較少。
卸荷岩體的力學特性包括變形特性和強度特性。變形特性可以通過本構關係進行描述，強度特性可以通過破壞準則體現。研究卸荷岩體的力學特性主要有唯象學法和細觀力學方法。為了描述裂隙岩體在卸荷狀態下的力學特性，作者閱讀了大量有關唯象學法和細觀力學方法的文獻，反覆比較了唯象學法和細觀力學方法的優缺點，發現利用細觀力學方法能揭示卸荷狀態下裂隙岩體本構關係各個階段的力學機理，並在此基礎上能獲得全過程應力應變關係。通過研究，作者發現裂隙相互作用是導致裂隙擴展模式發生分叉和岩體發生變形局部化的根本原因。
本書主要介紹了我和張永興教授近年來在卸荷岩體理論方面的一些研究工作，以及作者對該領域的研究及其見解。現將這些工作整理髮表，但願能起到拋磚引玉的作用。儘管作者在研究過程中力求簡單實用，但鑒於卸荷岩體力學特性的複雜性和細觀力學分析的特點，本書的一些研究成果對工程技術人員而言可能仍嫌複雜。與其他細觀力學模型一樣，本書的研究結果對理解裂隙岩體在載入和卸荷條件下的破壞機理的差異、解析裂隙岩體在載入和卸荷條件下的變形局部化機理的不同以及構建裂隙岩體在載入和卸荷條件下的巨觀力學性質與細觀結構之間的關係是有益的，希望能為卸荷岩體力學的進一步發展有所推動和啟發。卸荷岩體力學是一個新的研究領域，故本書的成果定有不完善之處，敬請讀者批評指正。
