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第1章 绪论1

1.1 背景和意义1

1.2 地质体材料的局部化破坏及研究方法3

1.2.1 应变局部化存在的广泛性3

1.2.2 应变局部化的研究方法7

1.2.3 梯度塑性理论的特点10

1.3 地质体材料试样的峰后变形12

1.3.1 Ⅰ及Ⅱ类变形行为及破坏模式12

1.3.2 峰后应力-应变曲线的尺寸效应12

1.3.3 峰后应力-塑性位移曲线15

1.3.4 全部变形特征15

1.4 地质体结构稳定性16

1.4.1 稳定性分类16

1.4.2 不考虑试样具体破坏和均匀破坏试样的稳定性研究17

1.4.3 单轴拉伸和直接剪切条件下试样局部破坏的结构稳定性18

1.4.4 单轴压缩试样局部剪切破坏的结构稳定性20

1.4.5 结构稳定性分析的能量方法20

1.4.6 稳定性分析的其他方法22

1.5 本书内容23

1.5.1 微结构效应引起的局部化带物理、力学量的非均匀性研究23

1.5.2 拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的峰后变形及能量消耗研究24

1.5.3 拉伸、压缩及剪切条件下局部破坏试样的结构稳定性研究25

第2章 剪切带的应变、应变率、位移及速度分布分析26

2.1 剪切带宽度及局部塑性剪切应变分布26

2.1.1 剪切带的线性应变软化本构关系26

2.1.2 利用非局部理论推出梯度塑性理论26

2.1.3 局部塑性剪切应变分布及剪切带宽度29

2.1.4 总剪切应变分布及常剪切应变点30

2.2 剪切带的局部剪切应变率、位移及速度分布32

2.2.1 剪切带的局部剪切应变率32

2.2.2 剪切带的变形及速度32

2.3 剪切带两盘的相对剪切位移、速度及其梯度33

2.3.1 剪切带两盘的相对剪切位移和速度33

2.3.2 相对剪切位移和速度的梯度34

2.4 算例及讨论35

2.4.1 剪切带的应变及应变率分布的参数研究35

2.4.2 剪切带的位移及速度分布的参数研究40

2.5 本章小结46

第3章 直接剪切条件下剪切带-弹性体系统的稳定性分析48

3.1 基于位移法的剪切带-弹性体的稳定性48

3.1.1 剪切本构关系48

3.1.2 基于位移法的剪切带-弹性体的应力-位移曲线49

3.1.3 剪切带-弹性体系统稳定性的参数研究51

3.2 基于能量方法的剪切带-弹性体系统的稳定性51

3.3 试样的快速回跳准则以及试样快速回跳与系统快速回跳之间的关系54

3.3.1 应变局部化、岩爆及Ⅱ类变形行为的讨论54

3.3.2 岩爆的快速回跳准则56

3.4 试样的稳定性与试样-试验机系统的稳定性59

3.4.1 试样-试验机系统的稳定性59

3.4.2 试样快速回跳与试样-试验机系统快速回跳之间的关系60

3.5 本章小结62

第4章 考虑应变率、剪胀、刚度及水致弱化的剪切带的变形及系统稳定性分析64

4.1 考虑应变率效应的剪切带的变形、系统耗散能量及稳定性64

4.1.1 应变率效应的描述64

4.1.2 考虑应变率效应的剪切带的应变、位移分布及系统稳定性64

4.1.3 考虑应变率效应的剪切带-弹性体系统的力-位移曲线及稳定性67

4.1.4 考虑应变率效应的剪切带-弹性体系统耗散能量69

4.2 剪切带的剪胀、剪缩及直接剪切实验的尺寸效应71

4.2.1 剪切带的局部体积增量及剪切带的法向位移71

4.2.2 直接剪切试样的切向位移与法向位移之间的关系72

4.2.3 直接剪切实验的尺寸效应73

4.3 考虑刚度劣化的剪切带的应变、应变率及位移分布74

4.3.1 考虑刚度劣化的剪切本构关系74

4.3.2 考虑刚度劣化的剪切带的应变及位移分布76

4.3.3 考虑刚度劣化的剪切带的最大剪切应变（率）及常剪切应变点77

4.4 考虑水致弱化的剪切带的变形及系统稳定性78

4.4.1 考虑水致弱化的剪切带的应变分布78

4.4.2 考虑水致弱化的系统应力-位移曲线及稳定性80

4.5 本章小结81

第5章 直接剪切条件下剪切带的孔隙特征分析83

5.1 孔隙比的不均匀性83

5.1.1 实验结果83

5.1.2 孔隙率及孔隙比分布84

5.1.3 剪切应力卸载率的影响87

5.1.4 剪切应力的影响87

5.1.5 内部长度及剪切软化模量的影响88

5.2 最大孔隙比及讨论89

5.2.1 最大孔隙比89

5.2.2 最大孔隙度的参数研究91

5.2.3 关于剪胀、剪缩及最大孔隙比的两层含义的讨论92

5.2.4 平均孔隙比与平均塑性剪切应变之间的关系93

5.3 本章小结94

第6章 单轴拉伸试样的应变、损伤局部化及应力-应变曲线分析95

6.1 de Borst和Muhlhaus （1992）的开创性工作及评述95

6.2 局部塑性拉伸应变分布及应力-位移曲线解析式验证98

6.2.1 局部塑性拉伸应变分布解析式验证98

6.2.2 拉伸应力-位移曲线解析式99

6.2.3 内部长度对应力-位移曲线影响的验证101

6.2.4 本构参数及结构尺寸对拉伸应力-拉伸应变曲线的影响102

6.3 单轴拉伸试样的损伤局部化103

6.3.1 局部损伤变量及局部损伤变量率103

6.3.2 局部损伤变量的参数研究108

6.3.3 局部损伤变量最大值的参数研究109

6.3.4 局部损伤变量率最大值的参数研究110

6.3.5 局部损伤变量率分布111

6.4 本章小结111

第7章 单轴压缩剪切破坏试样应力-应变曲线分析113

7.1 基于位移法及能量守恒原理的应力-应变曲线的解析式113

7.1.1 力学模型及基本假设113

7.1.2 基于位移法的应力-应变曲线软化段的斜率的解析式114

7.1.3 基于能量守恒法的应力-应变曲线软化段的斜率的解析式115

7.2 应力-应变曲线软化段的尺寸效应及参数研究116

7.2.1 尺寸效应的实验验证116

7.2.2 应力-应变曲线的参数研究117

7.2.3 单轴压缩剪切破坏试样的力学模型的特点118

7.3 单轴压缩剪切破坏试样的轴向速度及讨论118

7.3.1 轴向速度118

7.3.2 对目前模型的进一步讨论120

7.4 拉伸、剪切及单轴压缩剪切破坏试样的统一应力-应变曲线121

7.5 剪切带的局部损伤及单轴压缩试样的全局损伤之间的关系122

7.6 本章小结124

第8章 单轴压缩剪切破坏试样的稳定性分析126

8.1 基于刚度比理论的单轴压缩试样剪切破坏的稳定性126

8.1.1 单轴压缩条件下剪切带之外弹性体的剪切刚度126

8.1.2 基于刚度比理论的剪切带-弹性体的失稳判据127

8.1.3 试样稳定性的参数研究128

8.2 基于能量原理的单轴压缩试样剪切破坏的稳定性128

8.2.1 外力功128

8.2.2 弹性势能130

8.2.3 耗散势能131

8.2.4 基于能量原理的剪切带-弹性体的失稳判据132

8.2.5 基于能量原理的失稳判据的优越性133

8.3 拉伸、剪切及单轴压缩试样的统一失稳判据133

8.4 压剪试样的变形及稳定性134

8.4.1 剪切带的变形134

8.4.2 剪切带之外弹性体的剪切刚度136

8.4.3 剪切带-弹性体系统的失稳判据137

8.4.4 端部剪切应力对剪切带的应变分布的影响137

8.4.5 端部剪切应力对剪切带的剪切位移的影响138

8.4.6 端部剪切应力对系统稳定性的影响139

8.5 本章小结139

第9章 单轴压缩剪切破坏试样峰后塑性位移及剪切断裂能分析140

9.1 峰后塑性位移140

9.1.1 峰后塑性位移的实验结果140

9.1.2 轴向塑性位移的解析式141

9.2 剪切断裂能的解析式143

9.2.1 峰后断裂能143

9.2.2 峰前断裂能144

9.2.3 全部断裂能146

9.2.4 正确性验证及讨论146

9.2.5 峰后断裂能的演变及参数研究147

9.2.6 关于峰后断裂能尺寸效应的讨论148

9.3 本章小结150

第10章 单轴压缩剪切破坏试样的侧向及体积变形分析152

10.1 应力-侧向应变曲线的解析式152

10.2 本构参数及试样尺寸的参数研究155

10.2.1 本构参数及剪切带倾角的影响155

10.2.2 试样宽度的影响157

10.2.3 关于侧向塑性应变及快速回跳的讨论160

10.3 体积应变及纯体积应变的解析式161

10.3.1 体积应变的解析式161

10.3.2 纯体积应变的解析式162

10.3.3 应力-纯体积应变曲线的参数研究163

10.4 本章小结164

第11章 单轴压缩剪切破坏试样轴向、侧向变形及稳定性分析166

11.1 轴向快速回跳与侧向快速回跳之间的关系166

11.1.1 轴向快速回跳与侧向快速回跳的条件166

11.1.2 轴向快速回跳与侧向快速回跳之间的关系167

11.2 轴向应变、侧向应变及峰后泊松比170

11.2.1 轴向应变-侧向应变曲线的实验验证170

11.2.2 峰后泊松比172

11.3 轴向及侧向变形的耗散能量及稳定性174

11.3.1 剪切带塑性剪切变形消耗的能量174

11.3.2 压缩应力做的功175

11.3.3 剪切带引起的试样侧向及轴向塑性位移耗散的能量176

11.3.4 试样轴向及侧向变形的稳定性179

11.4 本章小结184

第12章 矿柱渐进破坏及矿柱-弹性梁系统的稳定性分析186

12.1 考虑渐进破坏的矿柱变形及稳定性186

12.1.1 矿柱的均匀变形阶段186

12.1.2 矿柱的渐进破坏阶段187

12.1.3 矿柱的剥离阶段190

12.1.4 失稳判据的解析式191

12.1.5 渐进破坏矿柱的应力-位移关系的参数研究192

12.2 基于能量原理的局部剪切破坏矿柱-弹性梁系统的失稳判据193

12.2.1 局部剪切破坏矿柱-弹性梁系统的力学模型193

12.2.2 矿柱的位移及系统的失稳判据194

12.2.3 根据分布载荷对梁跨中挠度求导获得的失稳判据195

12.2.4 结构尺寸、本构参数及剪切带倾角的参数研究196

12.3 本章小结198

参考文献200