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岩土力學與工程離散單元法(精)

  • 作者：井蘭如//(瑞典)奧文·斯特凡松|責編:牛宇鋒//喬麗維|譯者:王者超//喬麗蘋//楊典森
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030723840
  • 出版日期：2022/06/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：551
人民幣：RMB 268 元      售價：元
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內容大鋼
    本書主要介紹了岩土力學與工程離散單元法的基本原理、數值方法與應用案例，包括：緒論，塊體系統的運動、變形和傳熱控制方程，岩石裂隙和岩體本構模型，裂隙岩體中流體流動的基本控制方程和流動模型，裂隙系統的現場測繪和隨機模擬，數值軟體中塊體系統識別、追蹤和構建的方法與過程，顯式離散單元法、非連續變形分析方法、離散裂隙網路方法的基本原理和應用，顆粒材料離散單元法的基本原理以及離散單元法在地質、地球物理和岩石工程中的經典應用案例。
    本書是井蘭如（Lanru Jing）和奧文·斯特凡松（Ove Stephansson）教授所著Fundamentals of Discrete Element Methods for Rock Engineering: Theory andApplications的中文譯本，可作為高等院校土木工程、礦業工程、水利工程和地質工程等專業高年級本科生和研究生教材，也可供相關領域研究人員、數值方法開發人員和相關行業專業技術人員使用或參考。
作者介紹
井蘭如//(瑞典)奧文·斯特凡松|責編:牛宇鋒//喬麗維|譯者:王者超//喬麗蘋//楊典森
目錄
譯者序
原書序
原書前言
第1章  緒論
  1.1  裂隙岩體的特性
  1.2  非連續介質的數學模型
    1.2.1  基於連續介質的數值方法和均勻化
    1.2.2  非連續介質離散單元法基本特徵
  1.3  DEM的發展歷程
  參考文獻
第2章  塊體系統的運動、變形和傳熱控制方程
  2.1  質點的Newton運動方程
  2.2  剛體的Newton-Euler運動方程
    2.2.1  慣性矩和慣性積
    2.2.2  剛體的質量、線動量和角動量
  2.3  剛體平移的Newton運動方程
  2.4  Euler轉動方程——一般形式和特殊形式
  2.5  Euler轉動方程——角動量公式
  2.6  可變形體的Cauchy運動方程
  2.7  可變形體的剛體運動與變形耦合
    2.7.1  剛體運動和可變形體耦合的複雜性
    2.7.2  大轉動變形體運動方程的擴展
    2.7.3  運動和變形的慣性耦合有限元法處理
  2.8  熱傳遞和熱-力耦合方程
    2.8.1  Fourier定律與熱傳導方程
    2.8.2  熱應變與熱彈性本構方程
    2.8.3  熱傳導與能量守恆方程
  參考文獻
第3章  岩石裂隙和岩體本構模型基礎
  3.1  岩石裂隙的力學特性
  3.2  岩石裂隙的抗剪強度
    3.2.1  Patton準則
    3.2.2  Ladanyi和Archambault準則
    3.2.3  Barton準則
    3.2.4  粗糙度各向異性岩石裂隙的三維抗剪強度準則
  3.3  岩石裂隙本構模型
    3.3.1  Goodman經驗模型
    3.3.2  Barton-Bandis經驗模型(BB模型)
    3.3.3  Amadei-Saeb理論模型
    3.3.4  Plesha理論模型及其推廣
    3.3.5  粗糙度各向異性裂隙岩體的三維本構模型
  3.4  裂隙岩體等效連續本構模型
    3.4.1  小變形彈性連續介質本構模型
    3.4.2  含有成組貫穿裂隙岩體的等效彈性本構模型
    3.4.3  含有隨機分佈且有限長度裂隙岩體的本構模型
    3.4.4  裂隙岩體彈塑性本構模型
  3.5  總結
    3.5.1  岩石材料和岩體的經典本構模型
    3.5.2  岩石裂隙本構模型
    3.5.3  岩石裂隙試驗重要問題

  參考文獻
第4章  裂隙中流體流動與水-力耦合特性
  4.1  多孔連續介質中流體流動的控制方程
    4.1.1  多孔介質中流體流動的連續性方程
    4.1.2  流體運動方程
  4.2  流體在光滑裂隙中的流動方程
    4.2.1  光滑平行裂隙流動方程
    4.2.2  光滑傾斜裂隙導水係數
  4.3  粗糙裂隙中流體流動經驗模型
    4.3.1  基於立方定律有效性的流動模型
    4.3.2  不考慮立方定律有效性的流動模型
  4.4  連通裂隙系統的流動方程
  4.5  裂隙流體流動與變形的耦合
    4.5.1  流體壓力和塊體運動/變形的耦合
    4.5.2  流體壓力與裂隙變形的耦合
  4.6  重要問題述評
    4.6.1  裂隙中流體流動的試驗與模型
    4.6.2  THM耦合過程
  參考文獻
第5章  裂隙系統的基本特徵——現場測繪和隨機模擬
  5.1  引言
  5.2  裂隙的現場測繪與幾何性質
    5.2.1  幾何參數與現場測繪
    5.2.2  裂隙系統參數識別的數據處理
  5.3  裂隙幾何參數的統計分佈
    5.3.1  統計學原理
    5.3.2  隨機裂隙系統模型的統計技術
  5.4  特定場地條件下的裂隙系統綜合表徵
  參考文獻
第6章  塊體系統組合拓撲表徵的理論基礎
  6.1  曲面與同胚體
  6.2  多面體及其特性
  6.3  單純形和復形
  6.4  多面體的平面圖解
  6.5  多面體邊界表示的數據集
  6.6  用邊界運算元進行塊體追蹤
  參考文獻
第7章  塊體系統構建的數值方法
  7.1  引言
  7.2  採用邊界運算元方法的二維塊體系統構建
    7.2.1  裂隙相交及邊集合的形成
    7.2.2  邊的規則化
    7.2.3  二維單純復形的邊界運算元
    7.2.4  二維塊體追蹤
    7.2.5  流動路徑和塊體力學接觸的表徵
  7.3  採用邊界運算元方法的三維塊體系統構建
    7.3.1  裂隙表徵與坐標系
    7.3.2  裂隙交線
    7.3.3  面和邊的規則化
    7.3.4  三維塊體追蹤

  7.4  總結
  參考文獻
第8章  塊體系統的顯式離散單元法——DtME
  8.1  引言
  8.2  導數的有限差分近似
    8.2.1  矩形單元的規則網格
    8.2.2  一般形狀單元網格——有限體積法
  8.3  動態鬆弛方法和靜態鬆弛方法
    8.3.1  一般概念
    8.3.2  塊體系統的動態鬆弛方法
    8.3.3  DEM中剛體系統的靜態鬆弛方法
    8.3.4  多孔介質中流體流動的動態鬆弛方法
  8.4  可變形連續體應力分析的動態鬆弛方法
  8.5  塊體幾何的表徵和內部離散化
    8.5.1  內部三角剖分和Voronoi網格
    8.5.2  二維Delaunay三角剖分
    8.5.3  二維Voronoi過程
    8.5.4  三維Delaunay三角剖分——四面體單元
    8.5.5  高階單元
  8.6  內部單元的應變和應力計算
  8.7  塊體接觸的表徵
  8.8  運動方程的數值積分
  8.9  DtEM中的接觸類型及識別
  8.10  阻尼
  8.11  鏈表數據結構
  8.12  熱-水-力耦合分析
    8.12.1  採用域結構的流動和水-力分析方法
    8.12.2  UDEC程序中的熱傳導和熱-力分析
    8.12.3  沿裂隙的熱對流和熱-水-力耦合過程
    8.12.4  DtEM中耦合過程的處理
  8.13  混合DEM-FEM/BEM表達形式
  8.14  FEM與DEM建模實例對比
  8.15  總結
  參考文獻
第9章  塊體系統的隱式離散單元法——非連續變形分析方法
  9.1  能量最小原理與全局平衡方程
  9.2  接觸類型及識別
    9.2.1  兩相近塊體間的最小距離
    9.2.2  接觸類型及識別演算法
  9.3  剛性塊體表達形式
  9.4  三角形有限元網格的可變形塊體
  9.5  四邊形有限元網格的可變形塊體
  9.6  單元剛度矩陣和荷載矢量的計算
    9.6.1  岩石材料的彈性變形——應變能最小化
    9.6.2  質量慣性——動能最小化
    9.6.3  單元(塊體)接觸
    9.6.4  外力
    9.6.5  體力
    9.6.6  位移約束
    9.6.7  錨桿

  9.7  全局運動方程的組合
  9.8  DDA中流體流動和水-力耦合分析
    9.8.1  DDA中流體壓力-塊體變形耦合表達形式
    9.8.2  求解方法
  9.9  總結
  參考文獻
第10章  離散裂隙網路法
  10.1  引言
  10.2  裂隙網路表徵
    10.2.1  單裂隙
    10.2.2  裂隙網路
  10.3  裂隙網路內滲流場的求解
    10.3.1  FEM求解技術
    10.3.2  BEM求解技術
    10.3.3  考慮岩石基質滲透和裂隙傳導的BEM方法
    10.3.4  管網和通道格子模型
  10.4  逾滲理論
  10.5  組合拓撲理論
  10.6  總結
    10.6.1  裂隙測繪質量與數據估計
    10.6.2  分形或冪律表徵的尺度效應
    10.6.3  網路連通性
  參考文獻
第11章  顆粒材料離散單元法
  11.1  引言
  11.2  顆粒材料DEM計算特徵
  11.3  PFC程序應用示例
  11.4  數值穩定性與時間積分問題
    11.4.1  FEM網格與DEM顆粒系統的類比
    11.4.2  接觸單元的剛度矩陣
    11.4.3  接觸單元的質量矩陣
    11.4.4  特徵值計算
    11.4.5  檢測數值不穩定性的能量平衡方法
  11.5  顆粒系統的Cosserat連續體等效
    11.5.1  基本概念
    11.5.2  顆粒系統均勻化的微觀力學基本概念
    11.5.3  微觀力學——運動學變數
    11.5.4  Cosserat連續體與顆粒系統靜力學和運動學變數的微宏觀等效表達
  11.6  總結
  參考文獻
第12章  DEM在地質、地球物理和岩石工程中的應用案例研究
  12.1  引言
  12.2  地質結構與過程
    12.2.1  地殼變形
    12.2.2  地震和地震災害
    12.2.3  岩體應力
    12.2.4  天然岩石邊坡的失穩
  12.3  地下土木結構
    12.3.1  隧道工程
    12.3.2  岩石洞室

  12.4  礦山結構
    12.4.1  露天礦和採石場
    12.4.2  地下礦
    12.4.3  礦山地表沉陷
  12.5  放射性廢物處置
    12.5.1  案例分析1——熱和冰川荷載作用下儲庫性能三維DEM預測
    12.5.2  案例分析2——處置孔滲水量三維DEM研究
  12.6  岩體加固
  12.7  地下水流動和地熱能開採
  12.8  裂隙岩體等效水-力性質的推導
    12.8.1  裂隙岩體連續介質近似的基本概念
    12.8.2  使用DEM確定裂隙岩體REV和推導等效連續介質滲透性
    12.8.3  裂隙岩體REV和彈性柔度張量
    12.8.4  應力對流體流場的影響：應力誘導的溝槽流
    12.8.5  重要問題討論
  參考文獻
延伸閱讀
部分英文縮寫及中文對照
附錄  等效為Cosserat連續體顆粒系統應力和偶應力張量表達式的推導
  A.1  連續體平衡方程
  A.2  平衡方程的矩

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