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巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)各向異性損傷力學(xué)效應(yīng)研究 版權(quán)信息
- ISBN：9787030476593
- 條形碼：9787030476593 ; 978-7-03-047659-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)各向異性損傷力學(xué)效應(yīng)研究 內(nèi)容簡介
本書主要介紹巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)各向異性損傷力學(xué)效應(yīng)的試驗(yàn)、理論研究和工程應(yīng)用。在試驗(yàn)研究方面，以裂隙巖體模擬試件的單軸壓縮試驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用數(shù)字圖像處理、篩分試驗(yàn)和有限元模擬分別對試件的表面裂紋演化特征、破碎特征和起裂機(jī)制進(jìn)行分析，研究試件宏觀各向異性、非線性力學(xué)響應(yīng)與其裂隙網(wǎng)絡(luò)幾何參數(shù)的相關(guān)關(guān)系，揭示裂隙巖體的損傷機(jī)理。在理論研究方面，以微平面二元介質(zhì)模型為出發(fā)點(diǎn)建立了巖體本構(gòu)關(guān)系研究的新框架，討論了標(biāo)量和矢量的方向分布函數(shù)及其各階組構(gòu)張量、巖體的各向異性損傷強(qiáng)度準(zhǔn)則和巖體的微平面損傷本構(gòu)模型。在工程應(yīng)用方面，考慮巖體各向異性對油井井壁的穩(wěn)定性進(jìn)行了彈性和彈塑性分析。本書可作為土木、水利、采礦、地質(zhì)等專業(yè)從事巖石力學(xué)、損傷力學(xué)研究的大專院校教師、研究生和科研院所研究人員的參考書。
巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)各向異性損傷力學(xué)效應(yīng)研究 目錄
目錄
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章緒論1
1.1巖體損傷力學(xué)機(jī)理的試驗(yàn)研究3
1.1.1現(xiàn)場原位試驗(yàn)3
1.1.2物理模擬試驗(yàn)4
1.1.3數(shù)值模擬試驗(yàn)6
1.2巖體的各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則7
1.2.1基于張量及不變量的各向異性強(qiáng)度理論7
1.2.2基于材料參數(shù)修正的各向異性強(qiáng)度理論8
1.3巖體的各向異性損傷本構(gòu)模型9
1.3.1基于傳統(tǒng)方法的巖體各向異性損傷本構(gòu)模型9
1.3.2混凝土材料的微平面模型11
1.3.3基于二元介質(zhì)概念的巖體微平面損傷模型13
1.4本章小結(jié)14
參考文獻(xiàn)15
第2章節(jié)理巖體模擬試件的單軸壓縮試驗(yàn)25
2.1試驗(yàn)參數(shù)和方法25
2.1.1試件尺寸和節(jié)理網(wǎng)絡(luò)參數(shù)25
2.1.2巖石模擬材料的選取27
2.1.3材料配比及力學(xué)參數(shù)測定28
2.1.4試件的制作方法28
2.1.5試件的數(shù)量29
2.1.6單軸壓縮試驗(yàn)設(shè)備30
2.2試件的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)及其分類30
2.2.1各組試件的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)30
2.2.2應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)的類型32
2.3試件的峰值強(qiáng)度和彈性模量35
2.3.1強(qiáng)度和彈性模量的變化規(guī)律35
2.3.2強(qiáng)度和彈性模量隨節(jié)理連通率變化的擬合函數(shù)37
2.4試件的延性指標(biāo)41
2.4.1常用的延性或脆性指標(biāo)41
2.4.2試件延性指標(biāo)的變化規(guī)律42
2.5試件的開裂過程和破壞模式44
2.5.1起裂類型44
2.5.2裂紋匯合貫通類型48
2.5.3破壞模式55
2.6宏觀力學(xué)行為的損傷力學(xué)機(jī)制分析56
2.6.1應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)類型的損傷力學(xué)機(jī)理56
2.6.2強(qiáng)度各向異性變化規(guī)律的損傷力學(xué)機(jī)理59
2.7本章小結(jié)60
參考文獻(xiàn)61
第3章單軸壓縮試驗(yàn)中試件的表面裂紋演化特征分析63
3.1二維數(shù)字圖像處理技術(shù)及表面裂紋統(tǒng)計參量的計算方法64
3.1.1各試件代表性圖像的選取64
3.1.2二維灰度圖像的增強(qiáng)和二值化66
3.1.3單個裂紋的識別和參數(shù)統(tǒng)計69
3.1.4表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)70
3.2表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨軸向應(yīng)變的演化71
3.2.1各試件表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨軸向應(yīng)變的變化曲線71
3.2.2表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)演化隨節(jié)理參數(shù)的變化特征81
3.3特征點(diǎn)的裂紋面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨節(jié)理參數(shù)的變化規(guī)律85
3.4表面裂紋面積分?jǐn)?shù)角度分布特征隨節(jié)理參數(shù)的變化規(guī)律88
3.4.1各試件特征點(diǎn)處的表面裂紋二值化圖像88
3.4.2各試件特征點(diǎn)處表面裂紋面積分?jǐn)?shù)的角度分布95
3.5本章小結(jié)112
參考文獻(xiàn)113
第4章單軸壓縮試驗(yàn)后試件的破碎特征分析115
4.1篩分試驗(yàn)的方法和步驟 116
4.1.1篩分試驗(yàn)方法116
4.1.2篩分試驗(yàn)步驟117
4.2篩分試驗(yàn)的結(jié)果119
4.2.1各試件篩分試驗(yàn)的粗粒和中粒照片119
4.2.2各試件破碎體的粒級-質(zhì)量129
4.2.3各試件破碎體的粒級-頻數(shù)131
4.3破碎體的塊度分布特征132
4.3.1質(zhì)量百分比132
4.3.2各粒級的頻數(shù)135
4.3.3比表面積137
4.3.4分形維數(shù)142
4.4本章小結(jié)和討論144
參考文獻(xiàn)146
第5章裂隙巖體起裂機(jī)制分析147
5.1遠(yuǎn)場壓力下單個橢圓裂隙彈性應(yīng)力場的解析解148
5.1.1平面問題彈性應(yīng)力的復(fù)變函數(shù)解及保角變換148
5.1.2Muskhelishvili的極坐標(biāo)解析解149
5.1.3Stevenson的橢圓坐標(biāo)解析解151
5.1.4橢圓孔周圍的應(yīng)力場分布及應(yīng)力集中系數(shù)152
5.2基于兩種破裂機(jī)制的破裂判據(jù)、破裂函數(shù)及臨界荷載161
5.2.1拉破裂的判據(jù)、破裂函數(shù)和開裂臨界荷載161
5.2.2剪破裂的判據(jù)、破裂函數(shù)和開裂臨界荷載165
5.3多裂隙巖體開裂機(jī)制的有限元模擬分析170
5.3.1幾何模型171
5.3.2有限元計算網(wǎng)格173
5.3.3應(yīng)力計算結(jié)果177
5.3.4開裂機(jī)制分析187
5.4與裂隙巖體起裂的試驗(yàn)結(jié)果對比189
5.5本章小結(jié)191
參考文獻(xiàn)191
第6章方向分布函數(shù)及其組構(gòu)張量193
6.1方向分布標(biāo)量函數(shù)及其組構(gòu)張量193
6.1.1單位方向矢量各階并矢及其方向平均194
6.1.2兩個張量并積關(guān)于指標(biāo)完全對稱化的記法199
6.1.3方向分布標(biāo)量函數(shù)的**類組構(gòu)張量200
6.1.4方向分布標(biāo)量函數(shù)的第二類組構(gòu)張量203
6.1.5方向分布標(biāo)量函數(shù)的第三類組構(gòu)張量206
6.2方向分布矢量函數(shù)及其組構(gòu)張量212
6.2.1單位張量和任意矢量與單位方向矢量并失組成的兩個特殊張量212
6.2.2方向分布矢量函數(shù)法向分量（標(biāo)量）的**類組構(gòu)張量217
6.2.3方向分布矢量函數(shù)的**類組構(gòu)張量219
6.2.4方向分布矢量函數(shù)的第二類組構(gòu)張量222
6.2.5方向分布矢量函數(shù)的第三類組構(gòu)張量225
6.3本章小結(jié)227
參考文獻(xiàn)229
第7章基于組構(gòu)張量的巖體各向異性屈服或強(qiáng)度準(zhǔn)則230
7.1微平面模型的宏細(xì)觀聯(lián)系框架230
7.1.1代表性體積單元的宏觀物理量和微平面上的細(xì)觀物理量230
7.1.2微平面物理量和宏觀物理量間的聯(lián)系232
7.2基于微平面有效應(yīng)力的巖體各向異性損傷屈服準(zhǔn)則237
7.2.1宏觀應(yīng)力張量不變量的微平面表達(dá)式238
7.2.2各向同性強(qiáng)度準(zhǔn)則及其微平面表述240
7.2.3微平面有效應(yīng)力矢量、宏觀有效應(yīng)力張量及其不變量242
7.2.4材料主軸坐標(biāo)系內(nèi)的巖體各向異性屈服準(zhǔn)則248
7.3考慮材料參數(shù)方向分布的巖體各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則251
7.3.1巖體強(qiáng)度參數(shù)的各向異性分布251
7.3.2各向異性巖體的拉、剪破壞條件252
7.3.3巖體的各向異性抗拉強(qiáng)度準(zhǔn)則253
7.3.4巖體的各向異性抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則254
7.3.5主應(yīng)力空間內(nèi)的巖體各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則破壞面259
7.4本章小結(jié)266
參考文獻(xiàn)268
第8章巖體的各向異性損傷本構(gòu)模型269
8.1巖體微平面二元介質(zhì)模型的宏細(xì)觀聯(lián)系框架269
8.1.1巖體微平面二元介質(zhì)模型的基本假設(shè)269
8.1.2微平面法向和切向都不分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架271
8.1.3微平面法向分解、切向不分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架273
8.1.4微平面法向不分解、切向分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架275
8.1.5微平面模型建立宏觀本構(gòu)方程的步驟及單位球面數(shù)值積分277
8.2各向同性材料的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)283
8.2.1法向和切向都不分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)283
8.2.2法向分解、切向不分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)285
8.2.3法向不分解、切向分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)287
8.3巖體的塑性損傷耦合微平面模型288
8.3.1微平面損傷變量的組構(gòu)張量288
8.3.2巖體的損傷彈性本構(gòu)方程290
8.3.3巖體微平面的損傷彈塑性本構(gòu)關(guān)系295
8.3.4巖體的宏觀彈塑性本構(gòu)方程300
8.3.5巖體的塑性損傷耦合微平面模型計算流程301
8.3.6算例303
8.4基于應(yīng)力邊界的巖體各向異性損傷微平面模型306
8.4.1微平面上巖體和兩個力學(xué)基元的應(yīng)變增量306
8.4.2微平面上兩個力學(xué)基元的彈性試應(yīng)力307
8.4.3微平面上兩個力學(xué)基元的應(yīng)力-應(yīng)變邊界方程308
8.4.4微平面上的巖體應(yīng)力矢量和巖體宏觀應(yīng)力張量312
8.4.5微平面的損傷演化方程312
8.4.6基于應(yīng)力邊界的巖體各向異性損傷微平面模型計算流程314
8.4.7算例315
8.5本章小結(jié)327
參考文獻(xiàn)328
第9章考慮巖體各向異性的油井井筒穩(wěn)定性分析330
9.1考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈性分析330
9.1.1地應(yīng)力主軸、巖體材料主軸和井筒的坐標(biāo)系331
9.1.2井筒周圍巖體的彈性應(yīng)力場335
9.1.3考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈性分析模型及軟件345
9.1.4算例349
9.2考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈塑性分析353
9.2.1分析方法及計算參數(shù)353
9.2.2分析結(jié)果355
9.3本章小結(jié)358
參考文獻(xiàn)359
彩圖
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章緒論1
1.1巖體損傷力學(xué)機(jī)理的試驗(yàn)研究3
1.1.1現(xiàn)場原位試驗(yàn)3
1.1.2物理模擬試驗(yàn)4
1.1.3數(shù)值模擬試驗(yàn)6
1.2巖體的各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則7
1.2.1基于張量及不變量的各向異性強(qiáng)度理論7
1.2.2基于材料參數(shù)修正的各向異性強(qiáng)度理論8
1.3巖體的各向異性損傷本構(gòu)模型9
1.3.1基于傳統(tǒng)方法的巖體各向異性損傷本構(gòu)模型9
1.3.2混凝土材料的微平面模型11
1.3.3基于二元介質(zhì)概念的巖體微平面損傷模型13
1.4本章小結(jié)14
參考文獻(xiàn)15
第2章節(jié)理巖體模擬試件的單軸壓縮試驗(yàn)25
2.1試驗(yàn)參數(shù)和方法25
2.1.1試件尺寸和節(jié)理網(wǎng)絡(luò)參數(shù)25
2.1.2巖石模擬材料的選取27
2.1.3材料配比及力學(xué)參數(shù)測定28
2.1.4試件的制作方法28
2.1.5試件的數(shù)量29
2.1.6單軸壓縮試驗(yàn)設(shè)備30
2.2試件的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)及其分類30
2.2.1各組試件的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)30
2.2.2應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)的類型32
2.3試件的峰值強(qiáng)度和彈性模量35
2.3.1強(qiáng)度和彈性模量的變化規(guī)律35
2.3.2強(qiáng)度和彈性模量隨節(jié)理連通率變化的擬合函數(shù)37
2.4試件的延性指標(biāo)41
2.4.1常用的延性或脆性指標(biāo)41
2.4.2試件延性指標(biāo)的變化規(guī)律42
2.5試件的開裂過程和破壞模式44
2.5.1起裂類型44
2.5.2裂紋匯合貫通類型48
2.5.3破壞模式55
2.6宏觀力學(xué)行為的損傷力學(xué)機(jī)制分析56
2.6.1應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)類型的損傷力學(xué)機(jī)理56
2.6.2強(qiáng)度各向異性變化規(guī)律的損傷力學(xué)機(jī)理59
2.7本章小結(jié)60
參考文獻(xiàn)61
第3章單軸壓縮試驗(yàn)中試件的表面裂紋演化特征分析63
3.1二維數(shù)字圖像處理技術(shù)及表面裂紋統(tǒng)計參量的計算方法64
3.1.1各試件代表性圖像的選取64
3.1.2二維灰度圖像的增強(qiáng)和二值化66
3.1.3單個裂紋的識別和參數(shù)統(tǒng)計69
3.1.4表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)70
3.2表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨軸向應(yīng)變的演化71
3.2.1各試件表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨軸向應(yīng)變的變化曲線71
3.2.2表面裂紋的總面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)演化隨節(jié)理參數(shù)的變化特征81
3.3特征點(diǎn)的裂紋面積分?jǐn)?shù)和分形維數(shù)隨節(jié)理參數(shù)的變化規(guī)律85
3.4表面裂紋面積分?jǐn)?shù)角度分布特征隨節(jié)理參數(shù)的變化規(guī)律88
3.4.1各試件特征點(diǎn)處的表面裂紋二值化圖像88
3.4.2各試件特征點(diǎn)處表面裂紋面積分?jǐn)?shù)的角度分布95
3.5本章小結(jié)112
參考文獻(xiàn)113
第4章單軸壓縮試驗(yàn)后試件的破碎特征分析115
4.1篩分試驗(yàn)的方法和步驟 116
4.1.1篩分試驗(yàn)方法116
4.1.2篩分試驗(yàn)步驟117
4.2篩分試驗(yàn)的結(jié)果119
4.2.1各試件篩分試驗(yàn)的粗粒和中粒照片119
4.2.2各試件破碎體的粒級-質(zhì)量129
4.2.3各試件破碎體的粒級-頻數(shù)131
4.3破碎體的塊度分布特征132
4.3.1質(zhì)量百分比132
4.3.2各粒級的頻數(shù)135
4.3.3比表面積137
4.3.4分形維數(shù)142
4.4本章小結(jié)和討論144
參考文獻(xiàn)146
第5章裂隙巖體起裂機(jī)制分析147
5.1遠(yuǎn)場壓力下單個橢圓裂隙彈性應(yīng)力場的解析解148
5.1.1平面問題彈性應(yīng)力的復(fù)變函數(shù)解及保角變換148
5.1.2Muskhelishvili的極坐標(biāo)解析解149
5.1.3Stevenson的橢圓坐標(biāo)解析解151
5.1.4橢圓孔周圍的應(yīng)力場分布及應(yīng)力集中系數(shù)152
5.2基于兩種破裂機(jī)制的破裂判據(jù)、破裂函數(shù)及臨界荷載161
5.2.1拉破裂的判據(jù)、破裂函數(shù)和開裂臨界荷載161
5.2.2剪破裂的判據(jù)、破裂函數(shù)和開裂臨界荷載165
5.3多裂隙巖體開裂機(jī)制的有限元模擬分析170
5.3.1幾何模型171
5.3.2有限元計算網(wǎng)格173
5.3.3應(yīng)力計算結(jié)果177
5.3.4開裂機(jī)制分析187
5.4與裂隙巖體起裂的試驗(yàn)結(jié)果對比189
5.5本章小結(jié)191
參考文獻(xiàn)191
第6章方向分布函數(shù)及其組構(gòu)張量193
6.1方向分布標(biāo)量函數(shù)及其組構(gòu)張量193
6.1.1單位方向矢量各階并矢及其方向平均194
6.1.2兩個張量并積關(guān)于指標(biāo)完全對稱化的記法199
6.1.3方向分布標(biāo)量函數(shù)的**類組構(gòu)張量200
6.1.4方向分布標(biāo)量函數(shù)的第二類組構(gòu)張量203
6.1.5方向分布標(biāo)量函數(shù)的第三類組構(gòu)張量206
6.2方向分布矢量函數(shù)及其組構(gòu)張量212
6.2.1單位張量和任意矢量與單位方向矢量并失組成的兩個特殊張量212
6.2.2方向分布矢量函數(shù)法向分量（標(biāo)量）的**類組構(gòu)張量217
6.2.3方向分布矢量函數(shù)的**類組構(gòu)張量219
6.2.4方向分布矢量函數(shù)的第二類組構(gòu)張量222
6.2.5方向分布矢量函數(shù)的第三類組構(gòu)張量225
6.3本章小結(jié)227
參考文獻(xiàn)229
第7章基于組構(gòu)張量的巖體各向異性屈服或強(qiáng)度準(zhǔn)則230
7.1微平面模型的宏細(xì)觀聯(lián)系框架230
7.1.1代表性體積單元的宏觀物理量和微平面上的細(xì)觀物理量230
7.1.2微平面物理量和宏觀物理量間的聯(lián)系232
7.2基于微平面有效應(yīng)力的巖體各向異性損傷屈服準(zhǔn)則237
7.2.1宏觀應(yīng)力張量不變量的微平面表達(dá)式238
7.2.2各向同性強(qiáng)度準(zhǔn)則及其微平面表述240
7.2.3微平面有效應(yīng)力矢量、宏觀有效應(yīng)力張量及其不變量242
7.2.4材料主軸坐標(biāo)系內(nèi)的巖體各向異性屈服準(zhǔn)則248
7.3考慮材料參數(shù)方向分布的巖體各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則251
7.3.1巖體強(qiáng)度參數(shù)的各向異性分布251
7.3.2各向異性巖體的拉、剪破壞條件252
7.3.3巖體的各向異性抗拉強(qiáng)度準(zhǔn)則253
7.3.4巖體的各向異性抗剪強(qiáng)度準(zhǔn)則254
7.3.5主應(yīng)力空間內(nèi)的巖體各向異性強(qiáng)度準(zhǔn)則破壞面259
7.4本章小結(jié)266
參考文獻(xiàn)268
第8章巖體的各向異性損傷本構(gòu)模型269
8.1巖體微平面二元介質(zhì)模型的宏細(xì)觀聯(lián)系框架269
8.1.1巖體微平面二元介質(zhì)模型的基本假設(shè)269
8.1.2微平面法向和切向都不分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架271
8.1.3微平面法向分解、切向不分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架273
8.1.4微平面法向不分解、切向分解形式的宏細(xì)觀聯(lián)系框架275
8.1.5微平面模型建立宏觀本構(gòu)方程的步驟及單位球面數(shù)值積分277
8.2各向同性材料的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)283
8.2.1法向和切向都不分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)283
8.2.2法向分解、切向不分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)285
8.2.3法向不分解、切向分解形式的微平面彈性本構(gòu)關(guān)系及彈性常數(shù)287
8.3巖體的塑性損傷耦合微平面模型288
8.3.1微平面損傷變量的組構(gòu)張量288
8.3.2巖體的損傷彈性本構(gòu)方程290
8.3.3巖體微平面的損傷彈塑性本構(gòu)關(guān)系295
8.3.4巖體的宏觀彈塑性本構(gòu)方程300
8.3.5巖體的塑性損傷耦合微平面模型計算流程301
8.3.6算例303
8.4基于應(yīng)力邊界的巖體各向異性損傷微平面模型306
8.4.1微平面上巖體和兩個力學(xué)基元的應(yīng)變增量306
8.4.2微平面上兩個力學(xué)基元的彈性試應(yīng)力307
8.4.3微平面上兩個力學(xué)基元的應(yīng)力-應(yīng)變邊界方程308
8.4.4微平面上的巖體應(yīng)力矢量和巖體宏觀應(yīng)力張量312
8.4.5微平面的損傷演化方程312
8.4.6基于應(yīng)力邊界的巖體各向異性損傷微平面模型計算流程314
8.4.7算例315
8.5本章小結(jié)327
參考文獻(xiàn)328
第9章考慮巖體各向異性的油井井筒穩(wěn)定性分析330
9.1考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈性分析330
9.1.1地應(yīng)力主軸、巖體材料主軸和井筒的坐標(biāo)系331
9.1.2井筒周圍巖體的彈性應(yīng)力場335
9.1.3考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈性分析模型及軟件345
9.1.4算例349
9.2考慮巖體各向異性的井壁穩(wěn)定彈塑性分析353
9.2.1分析方法及計算參數(shù)353
9.2.2分析結(jié)果355
9.3本章小結(jié)358
參考文獻(xiàn)359
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