›› 2003, Vol. 24 ›› Issue (6): 943-946.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

考虑塑性应变率梯度的单轴压缩岩样轴向响应

王学滨, 潘一山,于海军   

  1. 辽宁工程技术大学 力学与工程科学系, 辽宁 阜新 123000
  • 收稿日期:2002-07-17 出版日期:2003-12-10 发布日期:2014-08-19
  • 作者简介:王学滨,男,1975年生,硕士,讲师,主要从事岩石力学理论研究于岩土工程数值计算工作。
  • 基金资助:

    辽宁工程技术大学校基金(编号:02-38)

Axial response of rock specimen considering strain rate gradient effect in uniaxial compression

WANG Xue-bin, PAN Yi-shan, YU Hai-jun   

  1. Department of Mechanics and Engineering Sciences, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China
  • Received:2002-07-17 Online:2003-12-10 Published:2014-08-19

摘要: 基于剪切应变率梯度格式,采用解析方式研究了岩石材料在单轴压缩条件下的应变软化的结构响应。根据非局部连续介质模型,提出了一维二阶剪切应变率梯度格式。非局部剪切应变率与局部剪切应变率及其二阶梯度有关。将经典塑性理论中的局部剪切应变率替换为非局部剪切应变率,可以直接得到局部剪切应变率的封闭解析解,而不必通过将局部剪切应变对时间求导获得。通过对局部剪切应变率积分,得到了沿剪切带方向的相对剪切速度。试件峰值强度后的端部速度由弹性及塑性两部分构成。前一部分由虎克定律描述;后一部分与相对剪切速度有关。对弹性及塑性两部分速度求和,得到了单轴压缩岩样剪切破坏问题轴向响应的解析式。研究表明:试样高度越大、内部长度越小、剪切软化模量越大及泊松比越小,则岩样的轴向响应倾向于脆性。根据岩样与矿柱的相似性,岩样响应倾向于脆性,意味着矿柱将失去稳定性,发生矿柱岩爆。目前的基于剪切应变率梯度格式的主要优点是简洁。

关键词: 梯度塑性理论, 非局部模型, 应变率, 局部化, 剪切带, 轴向响应, 应变软化, 稳定性

Abstract: Strain softening structural response of rock material in uniaxial compression is investigated analytically based on shear strain rate gradient formation. One dimensional shear strain rate gradient formation of the second order is proposed based on the non-local continuum model. Non-local plastic shear strain rate is dependent on local shear strain rate and its second spatial derivatives. The closed-form analytical solution of the local shear strain rate is straightly obtained by substitution of the non-local plastic shear strain rate into the local one in classical plastic theory, instead of differentiating the local shear strain with respect to time. Relative shear velocity along shear band is calculated by integrating the local shear strain rate. Velocity at the end of rock specimen beyond the peak compressive stress can be divided into two parts. One is elastic part described by Hooke’s law; the other is plastic part dependent on the relative shear velocity. Summing the two parts yields analytical solution of structural response for uniaxial compressive rock specimen subjected to shear failure. It is shown that sudden snap-back instability can occur as internal length parameter (or thickness of shear band) of rock material is decreased. Higher shear softening modulus, lower Poisson’s ratio or inclination angle of shear band can lead to brittle axial response. Based on analogy between specimen and pillar in mines, the brittle axial response of rock specimen means that pillars in mine will lose their stability and pillar bursts will occur. Main advantage of the present analytical process based on strain rate gradient formation is concise.

Key words: gradient-dependent plasticity, non-local continuum model, strain rate, localization, shear band, axial response, strain softening, stability

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[1] 陈峥, 何平, 颜杜民, 高红杰, 聂奥祥, . 超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2154-2162.
[2] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于应变软化指标的岩石非线性蠕变模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2239-2246.
[3] 付龙龙, 周顺华, 田志尧, 田哲侃, . 双轴压缩条件下颗粒材料中力链的演化[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2427-2434.
[4] 徐 鹏, 蒋关鲁, 雷 涛, 刘 琪, 王智猛, 刘 勇, . 考虑填土强度的加筋土挡墙动位移计算[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1841-1846.
[5] 王凤云, 钱德玲, . 基于统一强度理论深埋圆形隧道围岩的剪胀分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1966-1976.
[6] 李 驰, 王 硕, 王燕星, 高 瑜, 斯日古楞, . 沙漠微生物矿化覆膜及其稳定性的现场试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1291-1298.
[7] 余 国, 谢谟文, 郑正勤, 覃事河, 杜 岩, . 基于GIS的边坡稳定性计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1397-1404.
[8] 吴梦喜, 高桂云, 杨家修, 湛正刚, . 砂砾石土的管涌临界渗透坡降预测方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 861-870.
[9] 王 腾, 吴 瑞. 黏土中海底管线竖向贯入阻力研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 871-878.
[10] 高 峰, 熊 信, 周科平, 李杰林, 史文超, . 冻融循环作用下饱水砂岩的强度劣化模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 926-932.
[11] 王启茜, 周洪福, 符文熹, 叶 飞, . 水流拖曳力对斜坡浅层土稳定性的影响分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 759-766.
[12] 尹晓萌, 晏鄂川, 刘旭耀, 李兴明, . 土体稳定性计算中地下水作用力探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 156-164.
[13] 黄珏皓, 陈 健, 孔令智, 刘府生, 柯文汇, 邱岳峰, 李健斌, . 考虑循环围压与振动频率影响的 饱和软黏土动力特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 173-182.
[14] 孟庆山, 范 超, 曾卫星, 余克服, . 南沙群岛珊瑚礁灰岩的动态力学性能试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 183-190.
[15] 吴顺川, 姜日华, 张诗淮, 张 敏, . 修正Hoek-Brown强度准则在钻孔稳定性 分析中的应用[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 1-13.
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[1] 孙 勇. 滑坡面下双排抗滑结构的计算方法研究[J]. , 2009, 30(10): 2971 -2977 .
[2] 鲁祖德,陈从新,陈建胜,童志怡,左保成,戴旭明. 岭澳核电三期强风化角岩边坡岩体直剪试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3783 -3787 .
[3] 瞿万波,刘新荣,傅晏,秦晓英. 洞桩法大断面群洞交叉隧道初衬数值模拟[J]. , 2009, 30(9): 2799 -2804 .
[4] 王川婴,胡培良,孙卫春. 基于钻孔摄像技术的岩体完整性评价方法[J]. , 2010, 31(4): 1326 -1330 .
[5] 谈云志,孔令伟,郭爱国,万 智. 压实红黏土水分传输的毛细效应与数值模拟[J]. , 2010, 31(7): 2289 -2294 .
[6] 王云岗,熊 凯,凌道盛. 基于平动加转动运动场的边坡稳定上限分析[J]. , 2010, 31(8): 2619 -2624 .
[7] 龙 照,赵明华,张恩祥,刘峻龙. 锚杆临界锚固长度简化计算方法[J]. , 2010, 31(9): 2991 -2994 .
[8] 孟庆山,孔令伟,陈能远,范建海,郭 刚. 桩锚挡墙联合支护残积土边坡离心模型试验研究[J]. , 2010, 31(11): 3379 -3384 .
[9] 冷毅飞,张喜发,杨凤学,姜 龙,赵意民. 冻土未冻水含量的量热法试验研究[J]. , 2010, 31(12): 3758 -3764 .
[10] 徐志军,郑俊杰,张 军,马 强. 聚类分析和因子分析在黄土湿陷性评价中的应用[J]. , 2010, 31(S2): 407 -411 .