样单轴压缩轴向及侧向变形耗散能量及稳定性分析.pdfVIP

第24 卷 第5 期 岩石力学与工程学报 Vol.24 No.5 2005 年3 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering March ，2005 岩样单轴压缩轴向及侧向变形耗散能量 及稳定性分析 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：首先从能量的角度分析了单轴压缩岩石试件轴向及侧向塑性变形的耗散能量及其联系。根据梯度塑性理论， 局部化带的尺寸由特征长度确定，得到了单轴压缩岩样由于剪切局部化而引起的轴向及侧向塑性变形所耗散能量 的解析解。研究结果表明：剪切带消耗的能量等于侧向及轴向塑性变形消耗的能量的总和；轴向塑性变形消耗的 能量与侧向塑性变形消耗的能量成正比，其比例系数与剪切带倾角有关；轴向塑性变形消耗的能量要大于侧向塑 性变形消耗的能量；当流动应力为0 时，剪切带消耗的能量达到最大值；轴向外力对试件作功等于侧向及轴向塑 性变形消耗的能量的总和；增加剪切带倾角，侧向塑性变形消耗的能量占剪切带消耗的能量的比例增加。然后分 析了单轴压缩岩石试件轴向及侧向变形的不稳定性。将剪切带及带外弹性岩石所受到的剪应力分解为水平及垂直 剪应力，剪切带的塑性剪切变形也分解为水平及垂直变形。建立了水平剪力与侧向塑性变形及垂直剪力与轴向塑 性变形的理论关系。水平剪力与侧向塑性变形曲线的斜率等于垂直剪力与轴向塑性变形曲线的斜率。由于这些关 系依赖于结构尺寸，因此，不能被看作本构关系。将剪切带视为“试件”，将带外弹性体看作“试验机”。根据刚 度理论，可以得到“试件”–“试验机”系统在水平及垂直两个方向上的失稳判据，结果表明，二者是相同的。 失稳判据不仅和岩石材料的自身特性有关，还和岩石试件的结构尺寸相关。 关键词：岩石力学；梯度塑性理论；局部化；剪切带倾角；轴向塑性变形；侧向塑性变形；耗散能量；稳定性 中图分类号：TU 451 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2005)05 –0846 –08 DISSIPATED ENERGIES AND STABILITIES OF AXIAL AND LATERAL DEFORMATIONS OF ROCK SPECIMENS IN UNIAXIAL COMPRESSION WANG Xue-bin (Department of Mechanics and Engineering Sciences ，Liaoning Technical University ，Fuxin 123000，China) Abstract ：Firstly ，the dissipated energies induced by axial and lateral plastic deformations of rock specimens under uniaxial compression and the relation between them are analysed. Based on gradient-dependent plasticity in which the thickness of shear band is determined by characteristic length of rock ，analytical solutions of dissipated energies in axial and lateral directions of rock specimens in uniaxial compression are derived，respectively. The presented theoretical results show that dissipated energy consumed by s