《岩石和混凝土離散-接觸-斷裂分析》是由張楚漢創作的文獻。
基本介紹
- 中文名：岩石和混凝土離散-接觸-斷裂分析
- 外文名：Discrete - contact - fracture analysis of rock and concrete
- 作者：張楚漢
- 類別：書籍
內容簡介,作者簡介,圖書目錄,
內容簡介
《岩石和混凝土離散接觸斷裂分析》介紹了當前國內外在岩石和混凝土力學數值模型方面的最新成就，總結了作者20餘年在岩石和混凝土介質離散?接觸?斷裂分析方面的研究成果，並結合我國實際，闡述了在高壩與地基安全分析中的工程套用實例。主要內容包括：（1）岩石和混凝土非連續介質數值方法，包括離散元法、剛體彈簧元法、非連續變形分析法等；（2）岩石和混凝土非連續界面的接觸力學模型；（3）岩石和混凝土非線性斷裂模型，包括彌散裂縫模型與分離裂縫模型；（4）岩石和混凝土離散元與非線性斷裂的耦合模型；（5）岩石和混凝土結構與地基安全分析的工程套用，包括岩質邊坡的卸荷蠕變，邊坡地震動力穩定，高壩斷裂分析與高壩地基破壞過程仿真等。
作者簡介
張楚漢，男，廣東梅州人，1933年生，1957年清華大學水利工程系本科畢業，1965年清華大學水利工程系研究生（四年制）畢業，1978-1981年美國加州大學伯克利分校任訪問學者。中國科學院院士，清華大學水利水電工程系教授，美國土木工程師協會會員，加拿大Concordia大學兼職客座教授，中國力學學會榮譽會員，中國水利學會名譽理事，水利部科技委委員，國家自然科學基金會工程材料學部諮詢委員兼水利學科評審組組長（2002-2005年）。長期從事水工結構r程與抗震研究，主持完成了三峽、二灘、小灣、溪洛渡、錦屏、拉兩瓦、大崗山、向家壩等30多項高壩工程靜動力安全關鍵技術研究。發表論文1 80餘篇，SCI收錄30篇，SCI他引130餘篇次，與合作者撰寫專著3部，其中Numerical Modeling of Concrete Dam Foundation Reservoir Systems為英文版清華大學學術專著。獲國家自然科學三等獎，全國科學大會獎，國家優秀教學成果一等獎，國家教委科技進步一等獎、二等獎，電力部科技進步二等獎等共9項。已指導博士生20餘名獲得博士學位。
金峰男，貴州遵義人，1966年生，1987年清華大學水利工程系本科畢業，1992年清華大學水利水電工程系博士研究生畢業，獲工學博士學位。清華大學水利水電工程系教授，博士生導師。水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室高壩結構首席研究員，清華一前田先進建設技術研究中心主任，清華大學學位委員會委員兼水利工程學位分委員會主席。主要從事水工結構高壩抗震，結構分析以及新型混凝土等研究，已發表論文150餘篇。近年來主持的項目有：國家自然科學基金重點項目“西部強震區高拱壩抗震功能設計的若干基礎理論研究”，以及小灣、溪洛渡、錦屏、二灘、拉西瓦、構皮灘、大岡山、白鶴灘、金安橋等重大水利樞紐的科技攻關研究。獲國家自然科學三等獎，國家教育科技進步一等獎、二等獎，天津市自然科學三等獎等多項科技獎勵；還獲得教育部高等學校優秀青年教師獎，北京市高等學校教學名師獎、北京市茅以升青年科技獎，水利部青年科技英才獎等多項個人獎勵。已申請專利7項。已指導博上生5名獲得博士學位。
侯艷麗，女，內蒙古赤峰人，1977年生，2000年清華大學水利水電工程系本科畢業，2006年清華大學水利水電工程系博士研究生畢業，獲工學博士學位。主要從事非連續數值方法在水工結構及岩石力學領域中的套用研究。
周元德，男，廣東惠州人，1975年生，1999年清華大學水利水電工程系本科畢業，2004年清華大學水利水電工程系博士研究生畢業，獲工學博士學位。2006年至今於香港大學土木工程系做博士後研究工作。主要從事水工結構，岩土力學與工程相關方向的研究，已發表論文20餘篇。
圖書目錄
第1章 緒論
1.1 岩石和混凝土材料結構的力學特徵
1.2 岩石和混凝土力學離散?接觸?斷裂問題
1.2.1 介質離散
1.2.2 岩石和混凝土的接觸力學模型
1.2.3 岩石和混凝土非線性斷裂行為
1.2.4 岩石和混凝土的應變軟化與局部化的損傷斷裂特徵
1.3 岩石和混凝土結構分析的計算數值方法
1.3.1 連續介質力學方法
1.3.2 非連續介質力學方法
1.4 岩石和混凝土力學的前沿問題
1.5 本書的框架與內容簡介
參考文獻
第2章 介質離散幾何切割方法與算法
2.1 概述
2.2 表征空間多面體的拓撲關係與數據結構
2.2.1 空間多面體的拓撲關係
2.2.2 空間多面體的數據結構
2.3 自動剖分算法的基本思想及實現
2.3.1 自動剖分算法的基本思想
2.3.2 新交點與新有向邊的生成
2.3.3 環路搜尋
2.3.4 有向面生成
2.3.5 體的搜尋
2.4 空間多面體自動剖分實例
2.4.1 用空間平面（視為無限大）切割
2.4.2 用有界空間平面切割凹多面體岩塊
參考文獻
第3章 二維變形體離散單元法
3.1 概述
3.2 二維變形體離散元基本原理
3.2.1 接觸檢索和接觸本構關係
3.2.2 變形塊體本構關係
3.2.3 節點動力平衡方程
3.2.4 二維變形體離散單元法的基本數據結構
3.2.5 二維變形體離散單元法的基本算法
3.3 二維變形體離散單元法中地應力的模擬
3.4 有限差分三角形格線的自動剖分
3.4.1 數據結構
3.4.2 算法描述
3.4.3 有效性測試和參數選擇
3.5 二維變形體離散單元法模型的數值模型與試驗驗證
3.5.1 剛性塊體激振試驗
3.5.2 砌石拱的穩定分析
參考文獻
第4章 二維變形體離散單元法的擴展
4.1 離散元流變模型
4.1.1 岩石和岩體的流變特性
4.1.2 岩石流變模型概述
4.1.3 考慮結構面流變的離散單元模型
4.2 離散元結構?滲流耦合模型
4.2.1 離散元滲流模型的基本思路
4.2.2 裂隙網路滲流模型的計算
4.2.3 飽和/非飽和滲透係數的確定
4.2.4 滲流場與應力場的耦合
4.2.5 離散元結構?滲流耦合模型的計算流程
4.3 二維離散單元法擴展模型的數值與試驗驗證
4.3.1 離散元結構面蠕變力學性能驗證
4.3.2 離散元結構面應力鬆弛力學性能驗證
4.3.3 離散元飽和/非飽和滲流模型在正交網路滲流試驗中的驗證分析
參考文獻
第5章 基於變形等效的離散元——剛體彈簧元方法
5.1 概述
5.2 空間多面體的幾何與物理特性參數描述
5.2.1 體積和形心
5.2.2 慣性張量
5.3 空間凸多面體接觸檢索
5.3.1 空間凸多面體接觸關係分類
5.3.2 空間多面體角邊修圓
5.3.3 接觸關係檢索
5.4 三維剛體彈簧元方法基本力學原理
5.4.1 塊體接觸模型及接觸力分析
5.4.2 塊體的運動分析
5.4.3 塊體幾何參量更新
5.4.4 三維剛體彈簧元方法等效原則
5.5 三維剛體彈簧元方法程式實現
5.5.1 動態順序線性鍊表
5.5.2 主要數據結構
5.6 三維剛體彈簧元方法模型的數值驗證
5.6.1 懸臂樑受均勻荷載作用
5.6.2 拱圈受均勻徑向荷載作用
參考文獻
第6章 三維變形體離散元法
6.1 概述
6.2 空間凸多面體接觸檢索
6.2.1 接觸檢索粗判
6.2.2 接觸檢索細判——公共面接觸檢索方法
6.3 三維變形體離散元法基本原理
6.3.1 接觸模型和接觸力分析
6.3.2 變形塊體彈性應力與節點力
6.3.3 節點動力平衡方程
6.3.4 參數選取分析
6.3.5 簡單算例
6.4 三維變形體離散元法數據結構
6.4.1 塊體數據結構
6.4.2 接觸數據結構
6.5 三維變形體離散元法的格線自動剖分
參考文獻
第7章 三維模態變形體離散元方法
7.1 模態變形體離散元的運動學描述
7.1.1 剛體運動
7.1.2 變形
7.2 模態變形體離散元方法
7.2.1 塊體的空間平動
7.2.2 塊體的轉動
7.2.3 塊體的變形
7.3 接觸力求解
7.3.1 點接觸模型
7.3.2 面接觸模型
7.4 求解流程
7.5 模態變形體離散元對變形模擬的驗證算例
7.5.1 簡單模態變形體離散元的計算
7.5.2 二階模態變形體離散元的計算
7.6 模態變形體離散元對離散塊體運動模擬的驗證算例
7.7 梅花拱壩破壞過程仿真算例
7.7.1 模型的建立
7.7.2 有限元與三維模態變形體離散元計算比較
7.7.3 梅花拱壩破壞過程仿真
參考文獻
第8章 其他非連續介質力學方法
8.1 顆粒體離散元法（PFC）
8.1.1 三維顆粒體離散元接觸模型和接觸力分析
8.1.2 運動分析
8.1.3 顆粒材料的應力?應變分析
8.1.4 顆粒體離散元套用實例
8.2 非連續變形分析方法
8.2.1 非連續變形分析理論概要
8.2.2 二維非連續變形分析
8.2.3 三維非連續變形分析
參考文獻
第9章 岩體結構面接觸本構關係
9.1 概述
9.2 岩體結構面二維本構模型
9.2.1 法向單調載入本構模型
9.2.2 法向循環載入本構模型
9.2.3 切向單調載入本構模型
9.2.4 切向循環載入本構模型
9.2.5 二維接觸剛度矩陣
9.2.6 屈服準則與加、卸載準則
9.2.7 模型驗證
9.3 岩體結構面三維循環載入本構模型
9.3.1 岩體結構面三維剪下特性
9.3.2 切向循環載入本構模型
9.3.3 三維接觸剛度矩陣
9.3.4 屈服準則與加、卸載準則
9.3.5 模型參數
9.3.6 模型驗證
參考文獻
第10章 岩石和混凝土結構面的接觸數值模型
10.1 概述
10.1.1 等效連續模型
10.1.2 接觸邊界模型
10.1.3 接觸單元模型
10.1.4 不同結構面分析力學模型的評價
10.2 模擬接觸面的薄層單元模型
10.2.1 本構關係
10.2.2 接觸面變形模式
10.3 薄層單元的混合疊代求解
10.3.1 非線性問題的求解方法
10.3.2 接觸面超余應力調整
10.3.3 接觸面嵌入調整
10.3.4 非線性混合疊代
10.4 薄層單元模型的動力分析
10.4.1 Newmark增量法
10.4.2 非線性動力時程分析
10.5 模型的驗證
10.5.1 嵌入調整算例
10.5.2 滑塊算例
10.5.3 土中埋管算例
參考文獻
第11章 準脆性材料非線性斷裂力學
11.1 概述
11.2 準脆性材料的損傷斷裂機理
11.2.1 準脆性材料特徵應力?應變關係
11.2.2 準脆性材料的損傷斷裂機理與破壞特徵
11.3 準脆性材料經典斷裂力學
11.3.1 線彈性斷裂力學簡介
11.3.2 修正的線彈性斷裂力學模型
11.4 準脆性材料非線性斷裂力學的發展
11.4.1 分離式裂縫模型的發展——虛擬裂縫模型
11.4.2 彌散式裂縫模型的發展——鈍斷裂帶模型
11.4.3 非線性斷裂力學模型基本要素
參考文獻
第12章 彌散式斷裂帶裂縫模型（一）——固定裂縫模型
12.1 概述
12.2 彌散式裂縫模型的有限元平衡方程
12.3 傳統彌散式裂縫模型簡介
12.4 基於全量關係描述的固定裂縫模型
12.4.1 本構模型
12.4.2 切線剛度矩陣
12.4.3 折減係數定義與加、卸載準則
12.4.4 基於增量關係描述的固定裂縫模型
12.4.5 折減係數演化描述
12.4.6 增量、全量關係兩類模型比較分析
12.5 數值算例
12.5.1 單軸拉伸構件試驗模擬
12.5.2 單邊裂紋緊湊拉伸構件試驗模擬
參考文獻
第13章 彌散式斷裂帶裂縫模型（二）——旋轉裂縫模型
13.1 概述
13.2 旋轉裂縫模型
13.2.1 本構模型
13.2.2 切線剛度矩陣
13.2.3 折減係數演化描述
13.2.4 唯一解要求與應力鎖現象分析
13.3 固定裂縫與旋轉裂縫模型比較分析
13.3.1 固定裂縫模型基本力學特徵
13.3.2 旋轉裂縫模型基本力學特徵
13.3.3 固定、旋轉裂縫模型比較分析
13.4 數值模擬算例
13.4.1 楔入劈拉試驗數值模擬
13.4.2 四點剪下梁試驗數值模擬
參考文獻
第14章 分離式裂縫模型
14.1 概述
14.2 分離式裂縫模型的基本概念
14.2.1 分離式裂縫模型的基本力學方程
14.2.2 分離式裂縫的離散格線
14.3 虛擬裂縫模型
14.3.1 虛擬裂縫模型的數值實現
14.3.2 軟化力學行為描述
14.4 內聚力裂縫模型
14.4.1 界面基本變形力學特徵
14.4.2 內聚力裂縫模型的數值實現
14.5 數值模擬算例
14.5.1 單邊切口非對稱彎梁試驗數值模擬
14.5.2 單邊切口四點剪下梁試驗數值模擬
參考文獻
第15章 非局部化損傷斷裂模型
15.1 概述
15.2 非局部化模型概述
15.2.1 積分型非局部化模型
15.2.2 梯度模型
15.2.3 積分型非局部化與梯度模型比較
15.3 積分型非局部化損傷模型
15.3.1 非局部化損傷模型的數學描述
15.3.2 一致切線剛度矩陣的推導
15.3.3 算例分析
15.4 梯度損傷模型
15.4.1 梯度損傷模型基本方程
15.4.2 梯度損傷模型的增量疊代求解
15.4.3 算例分析
參考文獻
第16章 岩石和混凝土斷裂分析的擴展有限元法
16.1 概述
16.2 基本原理
16.2.1 單位分解
16.2.2 擴展有限元法
16.3 擴展有限元法的控制方程
16.3.1 擴展有限元法的控制方程
16.3.2 非連續界面相互作用在擴展有限元法中的實現
16.4 數值積分及程式實現
16.4.1 預設虛節點法
16.4.2 程式實現
16.4.3 數值積分
16.5 數值算例
16.5.1 三點彎梁開裂過程模擬
16.5.2 單邊切口四點剪下梁開裂過程模擬
16.5.3 水力劈裂過程模擬
參考文獻
第17章 三維變形體離散元法與彌散式裂縫模型的耦合
17.1 概述
17.2 三維變形體離散元與彌散裂縫模型的耦合實現
17.2.1 彌散裂縫模型簡介
17.2.2 彌散裂縫模型與離散元法的耦合
17.3 數值模擬算例
17.3.1 岩石和混凝土材料Ⅰ型開裂
17.3.2 岩石和混凝土材料Ⅰ/Ⅱ混合型開裂
參考文獻
第18章 三維變形體離散元法與分離裂縫模型的耦合
18.1 概述
18.2 三維變形體離散元法與分離裂縫模型的耦合實現
18.2.1 Ⅰ型分離裂縫模型
18.2.2 彌散裂縫模型和分離裂縫模型的等價性比較
18.2.3 Ⅰ/Ⅱ混合型分離裂縫模型
18.2.4 分離裂縫模型與離散元的耦合
18.3 數值模擬算例
18.3.1 準脆性材料Ⅰ型開裂模擬
18.3.2 準脆性材料Ⅰ/Ⅱ混合型開裂模擬
參考文獻
第19章 離散元法在岩質邊坡穩定分析中的套用
19.1 概述
19.2 離散元蠕變模型在三峽船閘高邊坡工程的套用
19.2.1 工程概況
19.2.2 三峽船閘高邊坡的基本計算條件
19.2.3 三峽船閘高邊坡卸荷變形及穩定分析
19.3 離散元法在三峽船閘高邊坡動力穩定分析中的套用
19.3.1 計算條件
19.3.2 三峽船閘高邊坡的動力回響和穩定性分析
19.4 離散元飽和/非飽和滲流模型在龍灘水電站邊坡穩定分析中的套用
19.4.1 工程概況
19.4.2 工程地質及水文地質條件
19.4.3 計算條件
19.4.4 龍灘水電站邊坡滲流與穩定分析
參考文獻
第20章 離散-斷裂模型在高壩-地基破壞分析中的套用
20.1 概述
20.2 套用剛體彈簧元法進行瑪爾帕塞拱壩破壞仿真分析
20.2.1 瑪爾帕塞拱壩
20.2.2 瑪爾帕塞拱壩失穩機理的研究
20.3 套用三維變形離散元法研究拱壩?地基系統整體抗滑穩定
20.3.1 溪洛渡拱壩介紹及計算模型
20.3.2 溪洛渡拱壩?地基系統靜力抗滑穩定分析
20.4 套用離散?斷裂耦合模型分析Koyna重力壩動力破損
20.4.1 非線性斷裂力學的動力計算模型
20.4.2 工程概況及已有的相關研究
20.4.3 線彈性動力計算
20.4.4 Koyna壩動力破損過程分析
參考文獻
第21章 套用非線性斷裂力學模型分析K-lnbrein拱壩壩踵開裂
21.1 概述
21.2 工程概況和開裂行為
21.3 已有的相關研究及評論
21.4 計算模型及方法
21.4.1 計算模型及工況
21.4.2 斷裂模型及計算方法
21.5 計算結果的分析比較
21.5.1 三維旋轉裂縫模型計算結果
21.5.2 三維固定裂縫模型計算結果
21.5.3 計算結果比較分析
參考文獻
第22章 套用接觸模型分析重力壩靜動力抗滑穩定
22.1 工程概況與計算模型
22.1.1 工程概況
22.1.2 數值計算模型
22.1.3 計算荷載與載入方式
22.1.4 計算參數
22.2 靜力分析
22.3 動力分析
22.4 安全係數的討論
22.5 小結
