《多相空隙介質理論及其套用》基於連續統物理中的混合物理論,詳細地討論了飽和、非飽和彈性多孔介質的非線性本構方程和場方程,線性本構方程和場方程,飽和、非飽和多孔彈性半空間動力問題及邊介元方法,非飽和土的固結問題,飽和、非飽和多孔彈性介質(土)地基與基礎的動力相互作用問題以及相應數值計算結果。本書可作為高等院校力學、土木工程和化工等專業的研究生教學參考用書,也可供相關學科科技人員參考。
第一章 混合物理論基礎
1.1 混合物運動學
1.2 質量守恆定律
1.3 動量守恆定律、動量矩守恆定律和能量守恆定律
1.3.1 動量守恆定律
1.3.2 動量矩守恆定律
1.3.3 能量守恆定律
1.4 混合物系統的熵不等式
1.5 混合物系統的本構假設
第二章 流體-固體混合物理論
2.1 本構變數和本構方程
2.2 非線性本構方程和場方程
2.3 混合物運動的完備方程組
2.4 混合物系統的能量守恆方程和熱力學平衡狀態
2.5 非線性本構方程和場方程的特例
2.5.1 可壓縮流體-固體混合物
2.5.2 不可壓縮流體-固體混合物
2.5.3 彈性氣體-黏性液體-彈性固體混合物
第三章 非飽和多孔介質混合物理論
3.1 對非飽和多孔介質的基本假設
3.2 非飽和多孔介質混合物的熵不等式
3.2.1 飽和混合物的熵不等式
3.2.2 非飽和多孔介質混合物的熵不等式
3.3 非飽和多孔介質混合物的非線性本構方程和場方程
3.4 非飽和多孔介質混合物的線性本構方程和線性場方程
3.4.1 本構方程耗散部分的線性化
3.4.2 本構方程非耗散部分的線性化
3.4.3 各向同性非飽和多孔介質混合物的線性本構方程和線性場方程
3.5 各向同性非飽和多孔介質的Biot型方程
第四章 非飽和土有關問題的討論
4.1 非飽和土的有效應力和應力狀態參量
4.2 非飽和土的Darcy定律
4.3 飽和多孔介質的Biot方程
4.4 非飽和多孔介質本構方程中彈性係數測量方法
第五章 非飽和多孔介質動力回響的頻域邊界元方法 5.1 基本方程
5.2 邊界積分公式
5.3 場方程的基本解
5.4 動力回響頻域邊界元方程
5.5 二維問題的基本解
5.6 一維頻域動力回響的解析解
5.6.1 一維頻域動力方程的解
5.6.2 上表面受簡諧應力激勵的非飽和多孔介質層
5.6.3 底面受簡諧位移激勵的非飽和多孔介質層
5.7 非飽和多孔介質頻域動力回響數值計算結果
5.7.1 非飽和多孔介質中波的傳播速度和衰減係數
5.7.2 非飽和多孔介質動力回響特性
5.7.3 非飽和多孔介質動力回響頻域邊界元方法的數值計算結果
第六章 非飽和多孔介質固結問題
6.1 非飽和多孔介質固結問題的基本方程
6.2 非飽和多孔介質固結方程在Laplace變換域中的邊界積分方程
6.2.1 Laplace變換域中的固結方程
6.2.2 Laplace變換域中的互易關係
6.2.3 固結方程在Laplace變換域的基本解
6.2.4 Laplace變換域中二維固結問題的基本解
6.3 橫向無限區域非飽和多孔介質的軸對稱固結問題
6.3.1 Laplace變換域固結方程的Hankel變換解
6.3.2 半空間非飽和多孔介質的軸對稱固結問題第七章 非飽和多孔介質地基與薄板基礎的軸對稱穩態動力相互作用 7.1 非飽和多孔介質軸對稱穩態動力回響的Hankel變換解
7.2 圓形薄板基礎與半空間非飽和多孔介質地基軸對稱穩態動力相互作用
7.3 地基和基礎相互作用的數值計算結果
7.4 非飽和多孔介質Lamb問題第八章 各向同性和橫觀各向同性飽和彈性多孔介質非軸對稱動力回響及其與基礎相互作用 8.1 三維各向同性飽和多孔介質動力回響
8.1.1 三維非軸對稱飽和彈性層
8.1.2 三維非軸對稱飽和介質的Lamb問題
8.2 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質非軸對稱動力回響
8.2.1 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質Biot基本方程
8.2.2 Biot波動方程的非軸對稱解
8.2.3 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質中的應力分布
8.2.4 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質非軸對稱動力回響邊值問題的處理方法
8.2.5 豎向非軸對稱簡諧荷載作用下半空間橫觀各向同性飽和彈性多孔介質的動力回響
8.3 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質三維非軸對稱Lamb問題
8.3.1 Biot波動方程的變換
8.3.2 橫觀各向同性飽和彈性多孔介質三維波動方程的解
8.3.3 橫觀各向同性飽和多孔介質的Lamb問題
8.3.4 數值算例及分析
8.4 橫觀各向同性飽和多孔介質與基礎的動力相互作用
8.4.1 柱坐標下橫觀各向同性飽和多孔彈性介質半空間問題動力回響的解
8.4.2 飽和半空間體表面受法向力作用
8.4.3 飽和多孔介質半空間與薄圓板的動力相互作用
參考文獻
天然的工程材料往往不是由單一的組分材料組成。它們一般是由固相、液相、氣相組成,如地質材料,不論是土或是岩石,它們的共同特點是在微觀結構上都具有顆粒結構、空隙、微裂紋等特徵,並且在孔隙或微裂紋中往往含有流體或氣體。特別是土介質,是由土固體顆粒形成土骨架結構從而構成多孔隙介質,而土骨架所形成的孔隙通常充滿流體和氣體,因而是一種標準的多相多孔隙介質,如非飽和土,是屬於三相多孔介質;飽和土可作為固液兩相多孔介質;地質工程中的油氣層(岩石)則通常應屬於固一油一氣一水四相多孔隙介質。對於人工材料,如混凝土以及天然的生物骨骼,它們實際上也應是多相孔隙介質。因此,根據材料的形成(天然材料)和製造過程,眾多的工程材料可以模擬成多相孔隙介質,其中首數岩土工程材料最具代表性且是套用廣泛的工程材料。但時至今日,與之相關的岩土力學仍處於半經驗半理論狀態,還未形成完整的理論體系,那么建立它的數學物理模型,形成堅實的理論基礎,以此研究它們的力學特性,對土木工程、水利工程、防護工程、海底遂道工程的設計、石油天然氣開採、地熱的利用與開發以及對學科理論的發展和工程套用都有重要意義。