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岩样单轴压缩峰后泊松比理论研究被引量：12: 2006年; 研究了单轴压缩岩样应变软化阶段侧向应变与轴向应变的比值(峰后泊松比)的变化规律。岩样的塑性变形假设根源于塑性应变局部化。岩样的轴向及侧向变形被分别分为两部分:弹性变形(由虎克定律描述)及由局部化引起的塑性变形(由梯度塑性理论及几何关系确定)。应变软化阶段的轴向应变-侧向应变曲线、轴向应力-轴向应变曲线及轴向应力-侧向应变曲线都得到了实验验证。在峰值强度时,峰后泊松比等于峰前泊松比。当压缩应力降至零时,峰后泊松比达到临界值。该临界值可能比峰前泊松比大,也可能比它小。峰后泊松比还和试件尺寸有关,这与峰前泊松不同。峰后泊松比与轴向压应力之间的关系可能是一条直线,也可能是上凸的,或上凹的。这取决于岩石的本构参数(弹性模量、剪切及软化模量、剪切带宽度及峰前泊松比)、试件的结构尺寸(试件宽度及高度)及剪切带倾角之间的关系。; 王学滨; 关键词：应变局部化剪切带轴向应变侧向应变单轴压缩梯度塑性理论

ANALYSIS OF SIZE EFFECT,SHEAR DEFORMATION AND DILATION IN DIRECT SHEAR TEST BASED ON GRADIENT- DEPENDENT PLASTICITY被引量：11: 2004年; The paper concerns the issue of size law,localized deformation and dilation or compaction due to shear localization. It is assumed that the shear localization initiates at the peak shear stress in the form of single shear band,and based on gradient-dependent plasticity,an analytical solution on size effect or snap-back is obtained. The results show that the post peak response becomes steeper and even exhibits snap-back with increasing of length. For small specimen,the relative shear displacement when specimen failure occurs is lower than that of larger specimen and the shear stress-relative displacement curve becomes steeper. The theoretical solution on non-uniformity of strains in shear band is obtained and evolution of the relative shear displacement is represented. By resorting to the linear relation between local plastic shear strain and local plastic volumetric strain,the dilation and compaction within shear band are analyzed. Relation between apparent shear strain and apparent normal strain and relation between shear displacement and vertical displacement are established.; WangXuebin TangJupeng ZhangZhihui PanYishan; 关键词：剪切试验剪切变形尺寸效应

基于梯度塑性理论的岩样峰后变形特征研究被引量：20: 2004年; 提出了单轴压缩的岩样在受到剪切破坏条件下的全部变形特征,即轴向、侧向、环向、体积应变及峰后泊松比的解析式。弹性应变采用虎克定律描述;塑性应变依赖于局部化带尺寸,由梯度塑性理论确定。在弹性及应变软化阶段,由于分别采用了线弹性及线性应变软化的本构关系,轴向应力-轴向应变曲线、轴向应力-侧向应变曲线、轴向应力-体积应变曲线及轴向应变-体积应变曲线都具有双线性特征。然而,在软化阶段,轴向应力-峰后泊松比曲线却是非线性的;峰后泊松比是变化的,可能超过0.5,这与泊松比不同。由轴向应变及侧向应变计算得到的体积应变依赖于试样的几何尺寸,因此,在软化阶段,轴向应力-体积应变曲线的斜率并非材料本构参数。以往的力学模型很难采用解析式描述全部变形特征,这充分体现了这里所采用力学模型的优越性。; 王学滨

断层岩爆是应变局部化导致的系统失稳回跳被引量：11: 2004年; 讨论了应变局部化、岩爆及Ⅱ类变形行为的关系,并利用梯度塑性理论得到了4种等效的回跳准则。局部化是岩爆的前兆之一,也是出现Ⅱ类变形行为的原因。利用最小势能原理及梯度塑性理论,可得到系统的失稳判据;利用位移法,可以得到系统的Ⅱ类变形行为。若非弹性剪切位移(或平均塑性剪切应变)的增加快于弹性剪切位移(或平均弹性剪切应变)的降低,将出现Ⅰ类变形行为;反之,将出现Ⅱ类变形行为。弹性区与剪切带宽度的比率越大,或剪切弹性模量与剪切降模量的比率越小,系统越容易失稳。; 王学滨海龙宋维源潘一山; 关键词：岩石力学梯度塑性理论剪切位移

平面应变双轴压缩岩样剪应力异常及破坏过程模拟被引量：5: 2008年; 利用FLAC,模拟了双轴压缩岩样的破坏过程及剪应力异常.在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.本文仅分析了3个具有较大应力降的周期的剪应力异常及塑性区分布.在第1及第2周期,剪破坏分别发生在试样的两侧及背景空区内部,前兆明显,地震属于断错型.在第3周期,背景空区之外的新剪切破裂带引起断错型地震;空区内部的老破裂带引起走滑型地震,未观测到前兆.在塑性区边缘,剪应力梯度较高.破裂带位置剪应力值反而较低.尽管在应力-应变曲线的软化阶段之前,不同单元的剪应力表现出千姿百态的复杂形态,但尚有规律可循.若几个单元都位于某条破裂带上,则剪应力的变化可能是同步的,或演变规律类似.鉴于原地复发地震类型可能不同,前兆将有差别.; 王学滨; 关键词：前兆异常破裂带剪应力

孔隙压力对岩样全部变形特征的影响被引量：17: 2005年; 目的研究了孔隙压力对剪切带图案及岩样全部变形特征的影响.方法利用FLAC内嵌语言编制的FISH函数计算平面应变压缩岩样轴向、侧向、体积应变及泊松比.在峰前及峰后,岩石的本构模型分别取为线弹性模型及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型.结果随着孔隙压力的增加,岩样的破坏区域越来越广泛;剪切带倾角都接近于Arthur倾角;峰值强度及所对应的轴向、体积应变及侧向应变的大小均降低.当孔隙压力较低时,峰后应力-轴向应变曲线及应力-侧向应变曲线软化段斜率基本保持不变,根据单轴压缩条件下的解析解,这是由于岩样的破坏模式不随孔隙压力的增加而改变.结论当孔隙压力较高时,大量的单元发生破坏将消耗较多的能量,这使应力-轴向应变及侧向应变曲线软化段变平缓;岩样在轴向应变较低时就可获得较高的侧向变形量及泊松比,甚至负的体积应变.岩样失稳破坏的前兆的明显程度不随孔隙压力的改变而改变.; 王学滨; 关键词：孔隙压力剪切带侧向应变体积应变泊松比

围压对巷道围岩应力分布及松动圈的影响被引量：33: 2006年; 使用FLAC模拟了巷道底板下方的一列单元(36个)不同围压时水平应力(与圆巷环向应力类似)及垂直应力(与径向应力类似)的分布规律。在峰值强度之前及之后,岩石的本构模型分别取为线弹性及莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。水平应力是连续的,其峰值位于弹性区,这是由于单元在屈服之后,在叠代(为了达到平衡状态)过程中发生了应变软化。在塑性区,水平及垂直应力均是上凹的。当水平应力达到峰值之后,水平应力是上凹的,垂直应力是上凸的。距离巷道底板的距离越远,垂直应力越大。随着围压的增加,水平应力的峰值近似线性增加;垂直应力的峰值与围压的偏差增加,这意味着剪切应力也增加。当围压较低时,松动圈的外边界近似为圆形,应变软化区类似圆环。当围压较高时,松动圈的外边界为矩形,应变软化区为薄壁矩形。随着围压的增加,松动圈的厚度增大,而应变软化区的尺寸不改变。; 王学滨潘一山李英杰; 关键词：围压松动圈水平应力矩形巷道

基于梯度塑性本构理论的岩样侧向变形分析(Ⅰ):基本理论及本构参数对侧向变形的影响被引量：41: 2004年; 研究了岩样在单轴压缩条件下轴向应力-侧向或环向变形的全程曲线特征。基于考虑峰值剪切强度后微小结构之间相互影响和作用的梯度塑性理论,得到了由于剪切局部化而引起的侧向塑性变形。利用虎克定律描述了试件的弹性变形,得到了轴向应力-侧向变形全程曲线的解析解。在软化阶段,试件中部侧向变形及对靠近试件上端或下端部位的侧向变形并不相同。与轴向应力-应变曲线可能出现的回跳现象类似,试件中部轴向应力-侧向应变曲线也可能出现回跳现象。在应变软化阶段,与应力-侧向应变曲线相比,应力-环向应变曲线不容易发生回跳现象。若在试件内部出现多条剪切带,则应该以等效剪切带宽度替代本文中的剪切带宽度。随着剪切带倾角、内部长度参数的降低、剪切模量的增加及弹性模量的降低,轴向应力-侧向应变曲线越陡:甚至能出现弹性回跳。; 王学滨马剑刘杰潘一山; 关键词：梯度塑性理论局部化侧向变形环向变形

剪切带图案的复杂性及应力-应变曲线的离散性被引量：5: 2005年; 在平面应变压缩条件下,通过在岩样左边界靠近下端面的位置及右边界的不同位置预制材料缺陷,采用拉格朗日元法研究了材料缺陷位置不同时的剪切带图案启动、演变及试样的宏观力学行为。在数值计算中,采用了莫尔-库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后岩石的本构关系为线性应变软化。当试样左、右边界上的缺陷距离较远时,剪切带仅出现1条,以通过两缺陷形式贯通试样两边界;当两缺陷距离较近时,启动于缺陷附近的剪切带按各自其固有方向发展,剪切带图案十分复杂。当右缺陷距离试样上端面较近时,由于上端面的约束,仅位于缺陷下方的剪切带能得到充分的发展。若剪切带数量较少且贯通试样两边界时,试样发生脆性剪切破坏,应力-变形曲线软化段比较陡峭;反之,发生韧性剪切破坏,软化段比较平缓。当剪切带的前端迎面遇到试样上、下端面附近的上、下三角形区域时,由于端面的约束,剪切带的方向将改变。当剪切带的前端与试样的纵向对称线距离较近时,剪切带发生折射现象;当距离较远时,剪切带将发生反射现象。; 王学滨; 关键词：岩石力学剪切带应力-应变曲线

屈服矿柱渐进破坏及应力分布数值模拟被引量：15: 2006年; 采用拉格朗日元法,在矿柱端面上不存在水平方向摩擦力条件下,模拟了屈服矿柱的剪切带图案、渐进破坏特征、水平应力及垂直应力分布及演变。在弹性阶段,煤的本构关系为线弹性。峰值强度后煤的本构模型取为莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的应变软化模型。数值计算结果表明,矿柱具有渐进破坏特征。破坏首先以剪切带的形式发生在矿柱的4个角上。然后,矿柱两帮的剪切带逐渐向矿柱内部发展,形成两套剪切带网络,直到两套网络重叠,并进一步演化。倾斜的剪切带多次穿透矿柱。当矿柱处于峰值强度后,矿柱水平及垂直应力分布曲面已经变得凹凸不平。凹陷、凸起区分别对应剪切带中心及边缘。矿柱中部的水平应力较边缘大。因此,其边缘的强度较中心低。严格地讲,水平及垂直应力的分布不是单调的,呈现锯齿型。其原因是矿柱发生了条带状局部破坏。矿柱承载能力的不均匀性由矿柱水平应力的不均匀性所决定。; 王学滨; 关键词：剪切带承载能力应力分布

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国家自然科学基金(50309004)

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