剪切带内部应变_率_分析及基于能量准则的失稳判据_王学滨
应变速率对天津海积软土力学性能的影响
ｌ ｌ
ｓ Ａ ／ ｍ ｍ． ｍ ｉ ｎ 。
０ ． ０ １ ｌ ０ ． ０ ５ Ｏ ． ７ ５ １ ０ ． ５ ９
Ｏ ． １ Ｏ ０ ． ３ ５
０ ． Ｏ １ Ｏ ． ８ ２
０ ． ０ ５ ｌ ｏ ． １ ０ Ｏ ． ６ ８ Ｉｍ ｍ／ ｍｉ ｎ Ａｓ ＝ ０ ． １ ０ ｍｍ／ ｍｉ ｎ
。
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图 ２ 不 同固结 围压下不 同应变速率的孑 Ｌ 压一 应变关 系 曲线
Ｊ
一
Ａ ｕ ／ （ Ａ ｏ ＇ ￣ 一 Ａ ａ ３ ） ，将土体在不 同应变速率下破坏时的
应 变 的增大 而孔 隙水压 力 略有下 降 ． 对 于不 同的 固结 压 力 和应变 速率 ， 孔 压数 值会 有所 不 同 ， 但 是 上述规
（ ｂ）ｌ ０ Ｏｋ Ｐ ａ
律 基本不 变 ．对于相 同 固结 压力下 ，应变 速率 为
ｓ１ Ａ ＝０． ０１ ｍ ｍ／ ｍｉ ｎ， Ａ ｓ ２＝ ０． ０ ５ ｍ ｍ／ ｍｉ ｎ，Ａ ｓ ３：０． １ ０
天津城 市 建设 学 院学 报 胡恒东等：应变速率对天津海积软土力学性能的影响 差 ．原状 土 的物 理力 学指 标见 表 １ ． １ ． ２ 试 验 方案
１ ． ２ ． １ 固结方案
・ ２ ６ ９・
结过程采用等压 固结方式 ， 等压 固结压力分别为 １ ０ ０ ，
２ ０ ０， ３ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ．
而当应变率发生突变时 ，砂土的应力一 应变关 系也发
１ ． １ 试样制备 采用薄壁取土器取土 ， 试样取 自临港工业区 ８ ～
１ ８ ｍ 深度 的软土 ，为全新世第一海相层的淤泥质粉
准脆性材料试件应变软化尺度效应理论研究_王学滨
第22卷 第2期岩石力学与工程学报 22(2)：188～1912003年2月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Feb.，20032001年8月13日收到初稿，2001年9月14日收到修改稿。
作者 王学滨 简介：男，29岁，1998年毕业于辽宁工程技术大学力学系，主要从事岩石力学理论研究和岩土工程数值计算方面的研究工作。
准脆性材料试件应变软化尺度效应理论研究王学滨 潘一山 杨小彬(辽宁工程技术大学力学系 阜新 123000)摘要 研究了由于剪切局部化而引起的试件长度的尺寸效应。
基于可以考虑微结构相互作用的非局部理论，得到了非局部塑性剪应变与局部塑性剪应变及其二阶应变梯度的关系。
通过获得剪切带内部的塑性剪切应变，得到了岩样轴向的平均应变与位移的理论关系。
研究结果表明，这一关系具有尺寸效应。
随着试件高度的增加，应力-应变曲线变陡；当试件高度非常大时，发生II 类变形行为，而且，随着剪切带倾角的增加，应力-应变曲线也变陡。
将理论结果与前人的试验结果进行了比较，结果表明吻合良好。
关键词 岩石力学，尺寸效应，剪切局部化，II 类变形行为，剪切带倾角，应变梯度 分类号 TU 451 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)02-0188-04SIZE EFFECT ANALYSIS ON STRAIN SOFTENING OF QUASI-BRITTLEMATERIALS CONSIDERING STRAIN GRADIENT EFFECTWang Xuebin ， Pan Yishan ， Yang Xiaobin(Department of Mechanics ，Liaoning Technical University ， Fuxin 123000 China )Abstract The effect of length due to shear localization is studied. Based on non-local theory considering interaction among microstructures ，non-local plastic shear strain is obtained ，and dependent on local plastic shear strain and its second spatial gradient. For simplicity ，shear band is treated as one-dimensional problem and the closed-form solution on plastic shear strain in shear band is obtained. Then ，an analytical relation between axial average strain (or displacement) and axial compressive stress is obtained ，which exhibits size effect. The relation becomes steep as length is increased and class II behavior can occur as length is large. Besides ，the relation also becomes steep as inclination angle of shear band increases. The presented theoretical results are compared with a few existing experimental results and the agreement is good.Key words rock mechanics ，size effect ，shear localization ，class II behavior ，inclination angle of shear band ，strain gradient1 引 言尺度律是一切物理理论中最重要的方面；尺度律在很多物理和工程问题中都占据着重要位置[1]。
应变软化扩容对含随机缺陷岩石的渐进变形及破坏前兆特征的影响
第14卷第2期2008年6月地质力学学报J OURNAL OF GEOMECHANICSVol 114No 12Jun.2008 文章编号:100626616(2008)022*******收稿日期:2008203226基金项目国家自然科学青年基金项目(53)。
作者简介王学滨(52),男,博士,副教授,主要从事非均质材料(岩石、混凝土及金属等)变形、破坏及稳定性研究;T +62233535;2x @631。
应变软化扩容对含随机缺陷岩石的渐进变形及破坏前兆特征的影响王学滨(辽宁工程技术大学力学与工程科学系,辽宁阜新 123000)摘 要:在单轴平面应变压缩条件下,采用F LAC 模拟了剪切扩容对含随机缺陷岩石破坏前兆及变形特征的影响。
密实的岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。
缺陷在破坏之后经历理想塑性行为。
随着轴向应变的增加,试样内部破坏的单元数目增加,直到达到一个常数,该常数随着扩容角的增加而增加。
当扩容角较高时,计算得到的泊松比在峰前就可以超过015;剪切扩容于峰前发生;变形后试样的最终体积大于初始体积。
剪切局部化(导致了毗邻块体之间的相对滑动)及剪切扩容(发生于剪切带内部)是非零扩容角试样峰后体积膨胀的原因。
在峰前,通过观察剪切应变增量、破坏的单元数目、侧向应变、计算得到的泊松比及体积应变可以发现,扩容角越高,试样破坏的前兆越明显。
在低扩容角时,由于弯曲的剪切带边界,试样内部充分发展的剪切带的倾角比较分散,剪切带的倾角更接近Arthur 理论。
关键词:剪切扩容;随机缺陷;剪切带;体积应变;前兆中图分类号:TU45文献标识码:A0 引言在岩石压缩条件下的应变软化阶段,尤其是在低围压时,体积应变有相对大的增长的现象已多有报道[1～5]。
这一反常的现象常称之为“体积膨胀”或“剪切扩容”。
其原因一方面是由于微裂纹的张开已经超过了闭合[1,6];另一方面是由于滑动块体在凹凸面上的抬升[6～7]。
井眼变形局部化剪切带数值模拟研究
平面应变的井 眼进行数值 分析ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ， 在后一种情况下模 拟结 果与 实验 室及 现场观 测结 果较 一致 。
拉 格 朗 Ｅ元 法 简 介 ｌ
拉格 朗 日元法 采 用 了混台 离 散方 法 、 态 松驰 动
方 法 和显 式 差 分 方 法Ｌ卜ｌ 。该 法 不 形 成 刚 度 矩 ９ Ｊ
和温 度 对 岩 土 工 程 的 影 响 。 该 法 广 泛 应 用 于 水
电 ＿ 、 山 、 油 等工 程 领 域 和地 震研 究 领 域 ， ９矿 。 石 取得 了较好 的应用 效 果 。 目前 ， 内采 用该 方 法 开 展应 国
变局 部化 的研究 工作 还 较 少 ｌ 】 ， 国 内石 油领 在
域作 者迄今 仍 未见 到有关 报道 。拉 格 朗 日元 法的 基 本思 想为 ＿ Ｊ在 每个 时 步 内均进 行 下 列计 算 ， ８ ： ｒ 即 （） ａ 由初 始节 点速 度求 出新 的应 变率 、 应变 增量 和旋
作 者 简 介 王学 滨 ， 士 ．９ ８年毕 业 于 辽 宁 工 程 技 术大 学 ． 从 事 岩 石 力 学 理 论 研 究 及 岩土 工 程 的 数值 计 算 工 作 地 址 ： １３ ｏ ） 硕 １９ 现 （２ｏｏ Ｊ ｚ￣ 新中华路 ４ ７号
带等同题 已成为研究的热点问题之一 ：文 中采用 ｎ＾ 耐 在类似 于平面应变 条件下 的井 眼进 行 了数值模拟 研究 ，
由模拟结果可见明显的变形局部化现象。采用变形局部化 的数值模拟研究 可对井 眼失效 的机 理分析 、 预测和控制 提供新的思路。 关键词 ：井眼 ；岩石 ｛变形 ；剪切带 ；数值模拟 ；扩容效应
剪切带—弹性岩体系统的稳定及失稳滑动理论研究
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ｒｃ ａ ｒ１ ｓ ｔ ｌ ａｄｉｔ ｅｃｎｉｇｍ ｄｌｓｓ ｇ ｎ ｈ ｈａ ａ ｃ ｌ ｌ ８ｉｌ ｏｋｍ ｔｉ ）ｉｓ ａ ， ｅ ａ ｎ ｌ ｎ ｆｈ ｄｓｅｄ ｅ ｎ ｏ ｕ ｉ ｈａｄｔ ｓｅｒ ｌｓ ｏ ｌ ｓｏ ｕ ｅ ｅ ｔ ｎ ｄｌ ｉ Ｕ ｗ，ｔ ｎｔ ａｉｙｏ ｔ ｈ ｈ ｓ ｂｉ ｆ ｈ ｅ ｅｔ ｌ ｔ ｅ
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第 ７ 卷 第 ３ ４ 期 舢 年 ５月
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剪切 带 一弹性 岩 体 系统 的稳定 及 失 稳滑 动 理 论 研 究
王 学滨 潘 一 山。 ， ， 。马
（ １辽宁工程技术大学 力学系 ， 辽宁 阜新
瑾
１０２ ００９
１３０ ； 中国地震局地质研究所 ． ２０ ０２ 北京
摘
要： 首次应用应变梯度塑性 理论 对剪切带 一弹性 岩体的稳定 及失稳婿动 进行 了理论分析 ， 得到 了剪应力 与剪切带上 、 下盘相对
Ｔｈ ｏｅ ｉ ｌ ｎ ｌｓｓ ｏ ｔｂｌ ｎ ｎ ｔｂｅ ｓｉｉｇ ｏ ｈ ｙ ｔｍ ｅ ｒｔ ａ ａｙ ｉ ｆｓａ ｉｙ ａ ｄ ｕ ｓ ｌ ｌ ｎ ｆｔｅ ｓ ｓｅ ｃ ａ ｉ ｔ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｈ ａ ａ ｄ ａ ｄ ｅａ ｔ ｏ ｋ ｏ ｏ ｅ ｆｓ ｅ ｒｂ ｎ ｎ ｌｓ ｉ ｒ ｃ ｃ
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安东帕流变学入门手册WEB
1
安东帕流变仪入门手册 3.1. 温度范围在-40~200℃内的 Peltier 控温系统 ...................................................... 27 3.2 温度范围在-130~400℃内的电加热控温系统 ....................................................... 28 3.3 强制对流辐射控温系统........................................................................................ 29 四. 流变仪安装的条件要求 ............................................................................................... 30 4.1 环境要求 ............................................................................................................. 30 4.2 电源 .................................................................................................................... 30 4.3 安装空间的布置： ............................................................................................... 30 4.4. 气源 （空气轴承流变仪） .................................................................................. 31 五. 流变仪可以扩展的功能模块 – 组合流变测量技术简介 ................................................ 32 5.1 通过改变样品的受力方式、运动方式而拓展的附加测试功能 .............................. 32 5.2 把流变测试与结构分析方法相结合的附件 ........................................................... 32 5.3 在温度、剪切条件的基础上再增加其他影响因素的测试附件 .............................. 33 第三部分：服务与应用 ............................................................................................................ 34 一. 安东帕流变仪的售后服务方式 .................................................................................... 34 1.1 售后服务方式与联系方式 .................................................................................... 34 1.2 应用支持方式与联系方式 .................................................................................... 34 二. 流变仪的日常维护保养 ............................................................................................... 34 2.1 附属设备 ............................................................................................................. 34 2.2 流变仪主机 ......................................................................................................... 35
绝热剪切带内微孔洞演化规律研究
绝热剪切带内微孔洞演化规律研究
谭成文 王富耻 李树奎 苏铁建
( 北京理工大学 ,北京 ,100081)
∫
r0
e
-ε
Tc +
θ r sin
dr =
dt ∫
0
r
( 2 . 3)
其中 , ε为表示材料性质的常数 , 表征了不同材料剪 切带长大速度的差异 。 由于 r0 很小 , 可认为 r0 ≈ 0 , 则积分后为 t = re
- εT c
-
ε( T c - T m) sinθ +
ε θ sin (T - T ) r c m a
图 2. 2 单一孔洞的演化轨迹
Fig. 2. 2 Slot of single micro2void evolution
图 2. 3 微g. 2. 3 Growt h velocity when θ= 0 and θ=π /2
investigation using high speed optical and infrared diagnostics. Me2 chanics of Materials , 2001 ,371～402 6 Li Shaofan , Liu Wingkin et al. Analysis of t he dynamic propagation of adiabatic shear bands. International Journal of Solids and Struc2 tures , 2002 , 39 (5) :1213～1240
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扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响_王学滨
[收稿日期] 2008-12-30[基金项目] 国家自然科学基金重大项目及面上项目(50490275,50974069)[作者简介] 王学滨(1957-),男,黑龙江双鸭山市人,辽宁工程技术大学教授,工学博士,主要从事非均质材料(岩石、混凝土及金属等)变形、破坏及稳定性研究;E -mail:wxbbb@扩容角对圆形巷道岩爆过程的影响王学滨,潘一山,张智慧(辽宁工程技术大学力学与工程科学系,辽宁阜新123000)[摘要] 利用F LAC 模拟了不同扩容角时圆形巷道的岩爆过程。
为了模拟巷道开挖,利用编写的F I SH 函数删除巷道内部的单元。
岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化—理想塑性行为。
文章的模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F I SH 函数,开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态。
模拟结果表明,随着扩容角的增加,剪切带变宽,岩爆坑变深,破坏单元数目增多,破坏区变大。
当扩容角较低时,高剪切应变集中于“狗耳”形岩爆坑位置,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较大;当扩容角较高时,高剪切应变集中于巷道周边的一些位置上,剪切带与巷道周边切线之间的夹角较小。
该研究结果与Roscoe,A rthur 理论相符。
[关键词] 扩容角;圆形巷道;岩爆;剪切带;V 形坑;剪切应变;体积应变[中图分类号] P554 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2010)02-0040-071 前言 岩爆(或冲击地压)是深部岩体工程的主要地质灾害之一。
岩爆的预防及机理分析一直是世界性的难题。
由于岩爆不仅影响施工进度,造成设备损坏、人员伤亡,还能造成超挖、支护失效,甚至地震,因此,一直以来岩爆问题得到了各国学者的密切关注[1～17]。
大量现场观测表明,随着开采深度的增加,岩爆的频次及震级均明显增加[2]。
在理论分析方面,在直剪及压缩条件下的断层岩爆[7～9]和在压缩条件下的圆形巷道岩爆被研究得最多。
基于能量原理岩样双轴压缩剪切破坏失稳判据PPT
研究背景和意义（续）
�
�
这些灾害的不时发生会严重影响经济建设和能 源工业的健康发展，会造成巨大的财产损失和 重大的人员伤亡。 据不完全统计，上述各种地质灾害每年给国民 经济造成的损失高达200 亿。 200亿
研究背景和意义（续）
�
自然界中的岩石总是处在受力复杂地表结构 中，所受外力不仅只沿着岩石某个方向加载， 本文研究岩样双轴压缩模型。通过王学滨等人 数字图像技术，可得到两条对称的剪切带岩样 模型。
w 2 0
u1 = 2 ∫
τ −τ τ γ dy = w+ c w G c1
τ c (G + λ1 ) λ1 − u1 G w
λ dτ = − 1 du1 w
G
c1
1
τ =
γ
此式考虑了剪切 滑移破坏。
准备工作
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塑性变形阶段 当岩样剪切带处于 当岩样剪切带处于塑性变形阶段
ε= σ σc −σ + E c2
�
准备工作
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能量原理
系统的总势能由剪切带的弹性势能 U E及耗散势能 U S 和 带外弹性岩石对剪切带所作的外力功 W 构成。系统总 势能可以表示为 Π = UE +US −W
系统势能二阶变分大于0 稳定
系统势能二阶变分小于0 失稳破坏
系统势能二阶变分等于0 随遇稳定 图2-1 能量变分原理示意图
− 2σ A λ 2 2σ A λ 2 + − 2 (σ 1 − σ 2 ) A sin α = 0 E sin α c 2 sin α
1 1 1 = − λ2 c2 E
σ−
1 1 (σ 1 − σ 2 ) − (σ 1 − σ 2 ) cos 2α ≡ 0 2 2
考虑围压及孔隙压力的岩石试件应力与应变关系解析
考虑围压及孔隙压⼒的岩⽯试件应⼒与应变关系解析⽂章编号:1006-6616(2001)03-0265-06收稿⽇期:2001-02-26基⾦项⽬:2000年国家教委⾻⼲教师项⽬:/地震及⽔渗流作⽤下⼤型岩体⼯程稳定性研究0作者简介:王学滨(1975)),男,硕⼠,1998年毕业于辽宁⼯程技术⼤学,现从事岩⽯⼒学理论研究及岩⼟⼯程的数值计算。
考虑围压及孔隙压⼒的岩⽯试件应⼒与应变关系解析王学滨,潘⼀⼭(辽宁⼯程技术⼤学⼒学系,辽宁⾩新 123000)摘要:假设剪切带内部的岩体为剪切破坏,利⽤剪切应变梯度塑性理论,解析得出了考虑围压和孔隙压⼒的岩⽯试件应⼒与应变的关系,解析解与众多的实验研究结果⽐较⼀致,围压效应和孔隙压⼒效应是局部化所致,这⼀研究结果对于⾃然灾害的防治有⼀定的理论和实际意义。
关键词:应变梯度塑性理论;剪切破坏;围压;孔隙压⼒;局部化中图分类号:P584 ⽂献标识码:A0 引⾔近年来,在⾮线性固体⼒学研究中,局部化、分叉、稳定性和剪切带等问题已成为研究的热点问题之⼀。
局部化现象(变形局部化、温度局部化、孔隙压⼒局部化、损伤局部化和相变局部化等)是材料不稳定性的重要表现形式,是材料破坏的先兆,在⾦属材料、复合材料和地质材料中都可以观测到[1]。
国际上对变形局部化的研究相当活跃,国内⽬前开展这⽅⾯的研究⼯作还较少。
在能源的开发和利⽤中,⼀些⾃然灾害,如地震、煤矿冲击地压、⽔电洞室岩爆、煤和⽡斯突出、边坡⾬季滑坡、油井抽注⽔地震及砂⼟湿化等,严重影响了能源⼯业的正常健康发展,开展变形局部化的理论研究对这些灾害的机理分析和控制可望提供新的思路[2,3]。
正确认识煤岩在围压和孔隙压⼒作⽤下的本构关系,对于能源开发和利⽤中防治⾃然灾害⾮常有利。
若仅考虑孔隙流体的⼒学作⽤对岩⽯强度的影响,岩⽯强度将随孔隙压⼒的增加⽽降低,弹性模量随孔隙压⼒的增加⽽衰减。
不仅如此,孔隙流体对煤岩体的峰值后⼒学响应也产⽣重⼤影响,孔隙压⼒增加,峰值后曲线变陡,软化特性增加。
基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析
基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析杜亚志;王学滨;董伟;冯威武;侯文腾【摘要】The horizontal and oblique shear band with constant strains are produced,using the digital image correlation (DIC) method,the displacement field and strain field of the inside and outside the shear band were measured,the influences of the shape function,subset size and spacing of points on displacement were analyzed.The results showed that the displacement error limits of the one-or two-order DIC methods are high nearby the boundary of a shear band,because a subset covers a part of a shear band.The larger the subset size is or the shorter the distance from the subset center to the boundary of a shear band is,the higher the displacement error limit ually,the displacement error limits of the two-order DIC method are much lower than those of the one-order DIC method nearby the boundary of a shear band.With the increase of the spacing of points,the shear strain-coordinate curves of the shear band in the normal direction of one-or two-order DIC methods change from steep to gentle,and widths of shear bands increase.%制作了水平和倾斜的常应变剪切带,使用数字图像相关方法(DIC)对剪切带内、外的位移场和应变场进行了测量,分析了形函数、子区尺寸及测点间距对测量结果的影响.结果表明:在剪切带边界附近,一阶或二阶DIC方法的位移误差限均较大,这是因为这些区域的子区覆盖了一部分剪切带;子区尺寸越大,或测点距离剪切带边界越近,位移误差限越大;一般对于剪切带边界附近测点,二阶DIC方法比一阶DIC方法的位移误差限小;随着测点间距的增加,一阶或二阶DIC方法的剪切带的法向剪应变坐标曲线由陡峭变得平缓,剪切带宽度逐渐增加.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】6页(P66-71)【关键词】计量学;剪切带;数字图像相关方法;形函数;测量误差【作者】杜亚志;王学滨;董伟;冯威武;侯文腾【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学计算力学研究所,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TB9311 引言目前，CT技术、立体成像技术、数字图像相关(digital image correlation, DIC)方法[1～5]等先进的观测手段均被用于测量剪切带内外微结构特征、研究剪切带的发展演化等。
煤岩两体模型变形破坏数值模拟
煤岩两体模型变形破坏数值模拟王学滨【期刊名称】《岩土力学》【年(卷),期】2006(27)7【摘要】采用拉格朗日元法,在弹性岩石与弹性-应变软化煤体所构成的平面应变两体模型的上、下端面上不存在水平方向摩擦力条件下,模拟了模型的破坏过程、岩石高度对模型及煤体全程应力-应变曲线、煤体变形速率、煤体破坏模式及剪切应变增量分布的影响。
结果表明,当模型的全程应力-应变曲线达到峰值时煤体内部的剪切带图案已经十分明显,在模型的应变硬化阶段,煤体中的应变局部化可视为模型失稳破坏的前兆,随岩石高度的增加,模型应力-应变曲线的软化段变得陡峭,这与单轴压缩条件下的解析解在定性上是一致的;煤体应力-应变曲线的软化段变得平缓,煤体消耗能量的能力增强;弹性阶段煤体的变形速率降低;煤体内部的剪切应变增量增加。
煤体应力-应变曲线的软化段的斜率、弹性阶段煤体的变形速率、煤体内部的剪切应变增量及塑性耗散能都受岩石高度的影响,说明了岩石几何尺寸对煤体的影响(煤岩相互作用)是不容忽视的。
【总页数】5页(P1066-1070)【关键词】两体模型;弹性岩石;弹性-应变软化煤体;相互作用;剪切带;全程应力-应变曲线【作者】王学滨【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程科学系【正文语种】中文【中图分类】TU451【相关文献】1.卸荷煤岩体冲击破坏特性数值模拟研究 [J], 李晓璐2.大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟 [J], 谭儒蛟;杨旭朝;胡瑞林;刘国权3.煤岩体拉伸铁稳破坏的机理及数值模拟 [J], 梁冰;王拉才4.深部煤岩体卸荷损伤变形演化特征数值模拟及验证 [J], 蔡永博;王凯;袁亮;徐超;付强;孔德磊5.截齿截割煤体变形破坏过程数值模拟研究 [J], 王春华;桑盛远;赵杨峰;李贵轩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型
基于三剪能量屈服准则的岩石弹塑性耦合模型刘振洋;王爱文;刘晓林【期刊名称】《长江科学院院报》【年(卷),期】2024(41)5【摘要】为建立能够准确描述岩石变形过程中能量演化规律的力学模型,提出利用三剪能量屈服准则和弹性剪应变能获取岩石黏聚力与内摩擦角,以及基于三剪能量塑性势函数获取剪胀角的方法,依据所提方法和岩石循环加卸载试验数据,得到了各级围压下不同塑性累积阶段岩石的弹性模量、黏聚力、内摩擦角及剪胀角等参数,发现随着塑性变形的增大,弹性模量呈负指数关系减小,黏聚力峰前线性增大而峰后呈负指数减小,内摩擦角满足比例参数为1、形状参数为1.5的Weibull函数,剪胀角线性减小;随着围压的增大,弹性模量和黏聚力均呈线性关系增大而剪胀角呈线性减小。
建立岩石三剪能量弹塑性耦合力学模型,实现了模型在有限差分软件中的二次开发并编写了能量演化监测程序。
模拟岩石室内试验,结果表明所建模型能较准确地描述岩石后继屈服过程中的硬化软化、剪胀、围压效应以及能量演化等力学行为。
研究成果可为从能量角度研究岩体失稳提供理论支撑和现实手段。
【总页数】10页(P139-148)【作者】刘振洋;王爱文;刘晓林【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院;辽宁大学灾害岩体力学研究所;赤峰学院资源环境与建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.钢筋砼轴对称扁壳基于双剪屈服准则的极限分析的塑性屈服线方法2.基于三剪统一屈服准则受内压弯管塑性极限载荷分析3.基于三剪屈服准则的材料弹塑性统一本构方程4.基于三剪能量屈服准则的应变软化岩石统计损伤本构模型研究5.基于三剪能量屈服准则的地下水平盐岩储库腔壁稳定性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
力学模型的绝热剪切失稳判据
力学模型的绝热剪切失稳判据绝热剪切失稳是力学中的一个重要概念，在材料力学、固体力学、流体力学等领域中有着广泛的应用。
绝热剪切失稳判据是判断材料或系统是否发生剪切失稳的依据之一。
本文将从绝热剪切失稳的概念、判据的理论基础和应用等方面进行阐述和分析。
绝热剪切失稳是指在没有热传导和热散射的情况下，由于应力的作用使材料或系统发生剪切变形，进而导致失稳的现象。
在实际应用中，绝热剪切失稳往往与材料的塑性变形、断裂、流变等行为有关。
绝热剪切失稳判据的理论基础主要有两个方面：一是材料力学中的屈服准则，即判断材料是否发生塑性变形的条件；二是固体力学中的弹性稳定性理论，即判断材料或系统是否发生失稳的条件。
在材料力学中，常用的屈服准则有屈服强度准则和屈服条件准则。
屈服强度准则是通过比较应力和材料的屈服强度大小来判断材料是否发生塑性变形。
例如，对于金属材料来说，当应力达到或超过材料的屈服强度时，材料将产生塑性变形。
而屈服条件准则则是通过比较应力和材料的屈服条件大小来判断材料是否发生塑性变形。
例如，对于强度硬化材料来说，当应力达到或超过材料的屈服条件时，材料将产生塑性变形。
在固体力学中，弹性稳定性理论是判断材料或系统是否发生失稳的基础。
弹性稳定性理论通过计算材料或系统的临界应力和临界载荷来判断其是否发生失稳。
当临界应力和临界载荷小于等于零时，材料或系统处于稳定状态；当临界应力和临界载荷大于零时，材料或系统将发生失稳。
绝热剪切失稳判据的应用非常广泛。
在材料科学中，绝热剪切失稳判据可以用于预测材料的断裂行为。
通过分析材料的应力分布和应变分布，可以确定材料在何种条件下会发生剪切失稳，从而提前采取相应的措施，避免材料的断裂。
在地震学中，绝热剪切失稳判据可以用于预测地震的发生。
通过分析地壳的应力分布和应变分布，可以确定地壳在何种条件下会发生剪切失稳，从而提前进行地震预报，减少地震带来的损失。
在工程应用中，绝热剪切失稳判据可以用于设计和优化结构。
动力应变局部化传播及尺寸效应数值模拟
动力应变局部化传播及尺寸效应数值模拟
王学滨;潘一山;盛谦;丁秀丽
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2002(019)004
【摘要】采用FLAC-3D模拟了应变软化岩土材料局部化剪切带的发展、扩容对剪切带倾角的影响及试件的宽度效应.随着加载时步的增加,彼此孤立的两个应变场逐渐靠近、叠加,最终形成了剪切带网络.无论端面约束强或弱,剪切带的倾角的数值模拟结果都与罗斯科倾角比较接近.增加试样宽度,剪切带的宽度增加,剪切带变得不平直;宽度越大,岩样上端面中点的压应力-加载时步曲线的峰值强度越大,宽度对弹性阶段没有大的影响.
【总页数】4页(P500-503)
【作者】王学滨;潘一山;盛谦;丁秀丽
【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程科学系,阜新,123000;辽宁工程技术大学力学与工程科学系,阜新,123000;中国地震局地质研究所,北京100029;长江科学院岩基所,武汉,430007;长江科学院岩基所,武汉,430007
【正文语种】中文
【中图分类】TU451
【相关文献】
1.单轴压缩条件下岩样应变局部化剪切带的数值模拟研究 [J], 杜金宝;赵光明;程祥;孟祥瑞
2.基于非局部塑性模型的应变局部化理论分析及数值模拟 [J], 吕玺琳;黄茂松
3.应变局部化数值模拟中的网格依赖性问题研究 [J], 徐华荣;刘刚
4.轴对称单轴压缩岩石材料应变局部化剪切带数值模拟研究 [J], 程详;赵光明;李英明;孟祥瑞;董春亮
5.单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证 [J], 申发龙;张进江
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单向压缩砂土试样应变局部化带测量及影响因素分析
单向压缩砂土试样应变局部化带测量及影响因素分析王学滨;杜亚志;潘一山;张春野【摘要】【目的】研究各因素对单向压缩砂土试样应变局部化测量结果的影响,为岩土材料与剪切带相关问题的研究提供参考。
【方法】利用基于牛顿-拉斐逊迭代及粒子群优化算法的数字图像相关方法,在单向压缩及应力控制加载条件下,对砂土试样的位移场和应变场进行观测,对直接计算得到的与通过对位移场微分得到的应变场的差异进行了比较,研究了子区尺寸及测点间距对计算结果的影响。
【结果】欲得到分散性小的应变场结果,测点间距的取值应接近于子区尺寸;为了捕捉到清晰的应变局部化带,建议计算相邻图片的应变增量;随着载荷的增加,位移梯度带及应变局部化带的宽度有下降趋势;在压应力方向上,剪切带具有压应变局部化现象,而在垂直于压应力方向上,剪切带具有拉应变局部化现象;在宏观剪切裂纹出现之前,应变局部化带的宽度为3～5mm,与水平方向的夹角为48°～55°。
【结论】测点布置过少会对应变局部化带的宽度及倾角的计算带来不利影响,子区过大虽能提高应变场的准确性,但也会高估应变局部化带的宽度。
%【Objective】 This study investigated the effects of various factors on the measured results for strain localization of sand specimen in uniaxial compression and provided important references for problems related to shear bands of geomaterials.【Method】 The displacement and strain fields of sand specimens in uniaxial compression and stress-controlled loading were measured by using of the digital image correlation(DIC) method based on the Newton-Raphson(N-R) iteration and particle swarm optimization(PSO) algorithm.The differences between the strain field obtained directly from the N-R iteration and that obtained by differentiating the displacementfield were compared.The effects of the subset size and spacing of monitored points are investigated.【Result】 It is found that small spacing between subset centers,which was close to the subset size,leaded to a less scattered strain field.It is suggested that the strain increment between two adjacent images should be calculated to capture the apparent localized strain bands.The widths of the displacement gradient band and localized strain bands had a decreasing tendency as the increase of load acting on the specimen.In shear band,compressive and tensile strains were also concentrated in the direction of load and that orthogonal to theload,respectively.Prior to macroscopic cracks,the localized band widths were found to be in the range of 3-5 mm,and the inclination angles were 48°-55°.【Conclusion】 Less subset centers have a bad influence on measurements of localized band widths and their inclination rger subset size increases the accuracy of strain field but overestimates the widths of localized bands.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(040)012【总页数】10页(P191-200)【关键词】砂土试样;单向压缩;应变局部化;数字图像相关;粒子群优化;牛顿-拉斐逊迭代【作者】王学滨;杜亚志;潘一山;张春野【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TU452受载条件下，在出现宏观裂纹之前，通常均能观察到岩土材料的应变集中（应变局部化或变形局部化）现象。
不同尺寸的圆形隧洞剪切应变局部化过程模拟
不同尺寸的圆形隧洞剪切应变局部化过程模拟王学滨;潘一山;陶帅【期刊名称】《中国地质灾害与防治学报》【年(卷),期】2009(20)4【摘要】利用FLAC模拟了两个不同直径圆形隧洞的剪切应变局部化过程.为了模拟隧洞开挖,利用编写的FISH函数删除隧洞内部的单元.岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为.本文的模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直至达到静力平衡状态;然后,利用编写的FISH函数,开挖隧洞;最后,计算重新开始,直至达到静力平衡状态(对于小孔隧洞)或者塑性流动状态(对于大孔隧洞).模拟结果表明,多个"狗耳"形或V形坑在小孔隧洞周边附近产生,最终,围岩处于平衡状态.这一结果与陆家佑和王昌明(1994)的实验结果及许多现场观察结果一致.对于大孔隧洞,由于在围岩中出现了多条剪切带,因而隧洞的整个断面均遭到了破坏.这一现象与现场观察到的猛烈破坏现象类似.隧洞的剪切应变局部化受隧洞尺寸的影响.【总页数】8页(P101-108)【作者】王学滨;潘一山;陶帅【作者单位】辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁,阜新,123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁,阜新,123000;辽宁工程技术大学力学与工程学院,辽宁,阜新,123000【正文语种】中文【中图分类】P554【相关文献】1.不同弹模时圆形巷道围岩的应变局部化数值模拟 [J], 王学滨;王玮;潘一山2.不同地震烈度下圆形隧洞动力响应的频谱特性及空间效应分析 [J], 王建宁;窦远明;李雨润;魏明;朱旭曦3.不同围压条件下的圆形巷道岩爆过程模拟 [J], 王学滨;潘一山;王玮4.不同侧压系数条件下圆形巷道岩爆过程模拟 [J], 王学滨;潘一山5.不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟 [J], 王学滨;潘一山;伍小林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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性剪应变 γ p 可以表达为其本身所对应的参数 γ p 的
加权平均，该计算在 y 周围长度为 L 的邻域内进行
∫ γ p = 1 g (ξ )γ p (y + ξ )dξ LL
(1)
式中ξ 为从点 y 到其邻域内任一点的距离；g(ξ ) 代
表某一权函数，它随ξ 至 y 距离的增加而单调下降，
微结构相互作用的广泛程度由权函数中所包含的
料的内部长度参数越小，试验机的剪切刚度越小及 试验机的等效高度越大剪切带越容易失稳。G0 / L1 代表的是试验机的性能，比值 λ / w 是由岩石材料的 本构关系所决定的，因此 G0 / L1 越小， λ / w 越大， 剪切带越容易失稳。剪切带—钢块系统的稳定性， 不仅取决于岩石的本构特性，还与试验机的特性有
应变梯度塑性理论是传统塑性理论的推广和 完善，它可以对一些采用传统塑性理论不能较好解 决的问题进行进一步的解释和预测，具有一定的理 论意义和广泛的应用前景。在岩石力学领域，应变 梯度塑性理论可以较好的描述剪切带宽度[1]，解释 岩石试件高度的尺寸效应、II 类变形行为[2~6]，孔隙 压力和围压效应[7]等。
摘 要：应用应变梯度塑性理论对局部化剪切带内部(塑性)剪应变(率)规律进行了理论分析。研究了剪切降 模量及岩石材料内部长度等参数对剪切带内部应变(率)的影响。推导了剪应力(率)与剪切带相对错距(速度) 的本构关系。研究了剪切降模量和岩石材料内部长度对剪切带稳定性的影响。将岩石试件直剪试验试验机 简化为钢块，采用能量准则对岩石试件(剪切带)及钢块系统的稳定性进行了理论研究，提出了系统失稳判 据。研究表明：岩石材料的剪切降模量越大，岩石材料的内部长度越小，试验机的剪切刚度越小及试验机 的等效高度越大剪切带--钢块系统越容易失稳。 关键词：应变梯度；应变(率)局部化；剪切带；试验机；失稳判据 中图分类号：TU452 文献标识码：A
内部长度参数决定。将 γ p ( y + ξ ) 在 y 点采用泰勒级
数展开并代入式(1)，并考虑到各向同性假设，可以
将各奇次项消去，仅保留前二项可以得到
∑ ∫ γ p = n =0,2
L
g(ξ ) n!L
⋅
dnγ p ( dy n
y)
ξ
n dξ
(2)
———————————————
收稿日期：2001-10-11；修改日期：2001-12-23 基金项目：国家教委骨干教师项目、地震局地质所构造物理开放实验室资助项目(LTP0003)及辽工大校基金项目(02-38) 作者简介：王学滨(1975)，男，黑龙江省双鸭山市人，助教，硕士，从事岩石力学理论研究及岩土工程的数值计算工作
试件的本构关系 f (u) − u 所组成的面积，即
u
∫ U E + U S =
f (u)du
0
(26)
因此系统的总势能为
∫ Π = U E +U S −W = −Ku0u + 05Ku 2 +
u
f (u)du (27)
0
平衡条件为
dΠ = 0 ，即 P = f (u)
(28)
du
Байду номын сангаас
系统失稳条件为
d 2Π ≤ 0 ，即 K + f ′(u) ≤ 0
Methods Appl. Engrg, 2000, 183: 87-103. [9] Askes H, Pamin J. Dispersion analysis and element-free
Galerkin solutions of second-and fourth-order gradient enhan-ced damage models[J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2000, 49: 811-832. [10] De Borst R. Gradient-dependent plasticity: formulation and algorithmic aspects[J]. International Journal for Solids and Structures, 1992, 35: 521-539. [11] 李 宏 , 朱 浮 声 , 王 泳 嘉 , 等 . 岩石统计细观损伤与 局部弱化失稳的尺寸效应[J]. 岩石力学与工程学报, 1999,18(1):28-32. Li Hong, Zhu Fushen, Wang Yongjia. Size effects of statistical meso-damage and local softening instability of rock [J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Rock Engineering, 1999, 18(1): 28-32.
岩石材料的剪切降模量越大，岩石材料的内部 长度越小，试验机的剪切刚度越小及试验机的等效 高度越大剪切带—钢块系统越容易失稳。
参考文献：
[1] 潘 一 山 , 宋 毅 敏. 岩石单轴压缩的变形局部化带的 解析分析[A]. 徐秉业 黄筑平 主编, 塑性力学和地 球 动 力 学 进 展 [C]. 北 京 : 万 国 学 术 出 版 , 2000. 162-169. Pan Yishan, Song Yimin. An analysis of localized band in unaxial compression of rock[A]. In Advances in plasticity and geodyamics[C]. (Xu Bingye and Huang Zhuping ed.). Beijing: World publishing Corporation. 2000. 162-169.
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关；推而广之，自然界广泛存在的剪切带或断层围
岩系统的稳定性不仅取决于剪切带所处的岩石特
性，还取决于对剪切带进行加载的地质体的特性。
6 结论
剪切带内部应变集中程度随剪应力降增加而 加剧。岩石材料的内部长度越小及降模量越大越不 利于岩石结构的稳定性。剪切带内部(塑性)应变率 梯度越大，应变率局部化现象越明显。内部长度越 小及剪应力率越大，剪切带内部剪切应变率梯度越 大。
(29)
du 2
由于 P = f (u) = Aτ ，式(29)可以表达为
K + Adτ / du ≤ 0
(30)
再根据式(19)和式(24)，最终可以得到岩石试件
及钢块系统的剪切带失稳判据
G0 w ≤ L1λ
(31)
式(31)越容易满足，则剪切带越容易失稳，因
此可以得出：岩石材料的剪切降模量越大，岩石材
Fig.3 The direct shear experiment of rock specimen and its
mechanical model
钢块及岩石试件系统中，外力功为
∫ ∫ W =
u
Pdu =
0
u
0 K (u0
−
u)du
=Ku 0 u
−
05Ku
2
(25)
岩石试件应变能UE 与耗散能US 之和为岩石
1 引言
2 一维二阶剪应变梯度格式
研究剪切带的稳定性和失稳滑动有着重要的 实际意义。许多灾害的发生都是岩土系统失去稳定 性，发生失稳破坏且沿剪切带(或滑动面、断层)的 突然滑动。如断层错动诱发冲击地压、断层错动诱 发地震、滑坡、巷道冲击地压、水电洞室岩爆和井 眼崩裂坍塌等等。采用崭新视角深入研究这些现象 的本质，即剪切带的稳定性和失稳滑动，可以为大 量灾害的机理分析和预防提供新的见解。
剪切带内部应变(率)分析及基于能量准则的失稳判据
115
University Press, 1998. 97-104. [6] 王 学 滨 , 潘 一 山. 岩石试件尺寸效应的塑性剪切应
变梯度模型[J]. 岩土工程学报. 2001,23(6):711-713. Wang Xuebin, Pan Yishan, Song Weiyuan. The model of plastic shear strain gradient on size effect in uniaxial compression of rock specimen[J],Chinese Journal of Geotechnical Engineering., 2001,23(6):711-713. [7] 王 学 滨 , 潘 一 山. 考虑围压及孔隙压力对岩石试件 应力与应变关系解析[J]. 地质力学学报, 2001, 7(3): 265-270. Wang Xuebin, Pan Yishan. Theoretical analysis of relation between stress and strain in consideration of confining pressure and pore pressure of rock specimen[J]. Chinese Journal of Geomechanics, 2001, 7(3): 265-270. [8] Ellen K, Ekkehard R, de Borst R. An anisotropic gradient damage model for quasi-brittle materials [J]. Comput.