岩石类材料塑性力学

第一部分 岩石类材料本构特性及其正确表述

第1章 连续介质力学的基本概念

1-1 连续介质模型

1-2变形和应变

1-3应力和平衡

1-4工程岩石类材料的本构性质

1-5张量的下标标记和矩阵标记

1-6讨论

第2章 本构关系的应力空间表述和应变空间表述

2-1 弹性材料的本构方程

2-2 弹塑性材料本构性质的应力空间表述

2-3 弹塑性材料本构性质的应变空间表述

2-4讨论

第3章 工程岩石类材料的本构理论

3-1岩石类材料的本构理论框架

第一部分 岩石类材料本构特性及其正确表述

第1章 连续介质力学的基本概念

1-1 连续介质模型

1-2变形和应变

1-3应力和平衡

1-4工程岩石类材料的本构性质

1-5张量的下标标记和矩阵标记

1-6讨论

第2章 本构关系的应力空间表述和应变空间表述

2-1 弹性材料的本构方程

2-2 弹塑性材料本构性质的应力空间表述

2-3 弹塑性材料本构性质的应变空间表述

2-4讨论

第3章 工程岩石类材料的本构理论

3-1岩石类材料的本构理论框架

3-2应变空间本构方程的实用形式

3-3常用的屈服准则和本构方程

3-4讨论

第4章 岩体中的间断面及其本构表述

4-1间断面力学性质的表述

4-2用层状材料退化的方法建立间断面本构方程

4-3用位移间断和应变比拟方法建立是间断面本构方程

4-4讨论

第5章 本构关系的塑性势理论

5-1应变空间表述的塑性势本构理论

5-2如何选取岩石类材料和间断面的塑性势

5-3塑性势理论与耦合塑性理论

5-4讨论

第6章 岩石类材料和岩体间断面的不稳定性

6-1耦合塑性材料的不稳定性

6-2满足正交法则的岩石类材料的不稳定性

6-3非关联流动塑性材料的不稳定性

6-4材料不稳定性问题的几点注释

6-5岩体间断面的不稳定性

6-6讨论

第二部分 岩石类材料塑性力学边值问题及其有限元表述

第7章 简单的弹塑性问题

7-1 自由端受力矩作用的混凝土悬臂梁

7-2 受均布内压的厚壁圆筒

7-3讨论

第8章 岩石类材料塑性力学边值问题

8-1 增量边值问题的表述

8-2虚功原理

8-3平衡的稳定性

8-4讨论

第9章 岩石类材料塑性力学边值问题的有限元方法

9-1 有限元系统

9-2线性弹性问题的有限元分析

9-3稳定材料弹塑性问题的有限元分析

9-4不稳定材料弹塑性问题的弧长延拓算法

9-5岩石力学问题平衡稳定性的特征值准则

9-6 广义力,广义位移及平衡路径曲线

9-7讨论

第三部分 岩石类材料塑性力学在工程中的应用

第10章 边坡稳定性，失衡分析和失稳分析

10-1 极限平衡方法

10-2 强度折减法

10-3 边坡失稳的判据

10-4 强度折减法的有限元分析

10-5 边坡的不稳定平衡（在扰动下失稳）

10-6 全应力-应变曲线的简化模型

10-7 边坡失稳的判据

10-8 用弧长延拓算法研究边坡的平衡稳定性

10-9 讨论

第11章 竖井开挖计算和井壁稳定性，岩爆

11-1 开挖计算的特点

11-2 在均匀等向原场应力情况竖井开挖的理论解

11-3 竖井开挖过程的平衡路径，稳定性的临界载荷

11-4 后临界问题，岩爆

11-5 用弧长延拓算法研究竖井稳定性

11-6讨论

第四部分 附录

附录1 用试验方法建立屈服面的某些困难

附1-1 岩石试验资料的离散性

附1-2 用试验方法确定屈服面的一些实际困难

附录2 奇异屈服准则的本构理论

附2-1 奇异点本构关系的理论表述

附2-2 岩石类材料的帽盖模型

附2-3 奇异点的光滑化处理

附录3 水对岩石类材料性质的影响

附3-1 孔隙水压力对强度的影响

附3-2 水化学作用

附3-3 水对岩石类材料稳定性的影响

参考文献

名词索引

岩石类材料（Rock-Like Materials）指岩石等地质材料和混凝土等工程材料。这些材料的全应力-应变曲线（从刚性实验机压缩试验得到）显示了岩石类材料是一种具有不稳定性的弹塑性材料。笔者针对这种不稳定性构建了岩石类材料塑性理论新的学科内容和理论体系。
　　《岩石类材料塑性力学》包含四部分。第一部分（1-6章）介绍岩石类材料和岩体中间断面的本构性质及其本构表述。论证了应变空间表述的重要性和必要性，材料不稳定性等价于本构矩阵的不正定性。第二部分（7-9章）讨论了岩石塑性力学的边值问题及其有限元表述。介绍了简单问题（悬臂梁、厚壁筒）的理论解，讨论了边值问题解的稳定性的充分和必要条件，以及不稳定材料弹塑性有限元分析的弧长延拓算法。第三部分（10-11章）介绍岩石塑性理论在工程中的应用。讨论了边坡稳定性分析的失衡机制和失稳机制，在竖井开挖中井壁不稳定的地应力条件和材料条件，给出了岩爆的力学机制。第四部分（附录1-4）以附录的形式对正文未涉及或未充分讨论的一些重要问题给予补充，包括奇异屈服准则的本构理论以及水对岩石类材料稳定性的影响等内容。

传统的塑性力学主要是讨论金属材料和金属结构，金属材料是稳定性材料。在土木、水利、能源、采矿和地下结构等工程领域经常涉及岩石类材料（岩石、土体等地质材料，混凝土等工程材料）。这些材料在峰后具有软化和弹塑性耦合特性，以致具有不稳定性，并可由此导致工程结构的破坏失效。研究和处理这些问题需要构建反映这些情况的新的塑性理论。本书介绍了这种塑性理论的内容、方法和意义，建立了岩石类材料塑性理论的理论框架和学科体系。本书所涉及的内容很多是岩石塑性力学的前沿课题，具有重要的学术价值和理论创新。
　　岩石类材料塑性理论是诸多工程领域高端科学研究的力学基础。边坡滑动的失衡机制和失稳机制的研究，竖井开挖发生岩爆的理论模型的建立，都是塑性理论应用研究的重要成果。许多工程结构的失效和破坏具有突发性和雪崩性，工程师们凭借直觉认为这些是结构丧失稳定性的结果，时至今日他们还在用简单的极限平衡概念或用强度分析方法处理这些问题。按照岩石类材料塑性理论，可以用力学意义下的稳定性概念和方法重新审视和研究这些问题，使工程设计提高到一个新的水平。因此，岩石类材料塑性理论具有广阔的应用前景和重大的实用价值。
　　《岩石类材料塑性力学》的侧重点在于理论方面，理论叙述严谨和深入浅出是本书的特点，所例举的应用是为了使读者更深入地理解理论，并看到岩石类材料塑性理论在实际应用方面的深度和广度。
　　在国内外尚未发现类似的著作或教材。