1.內(nèi)容簡(jiǎn)介
巖石是一種復(fù)雜材料,峰值后區(qū)特性一直是巖石力學(xué)界十分關(guān)注的問題。本書在前人工作的基礎(chǔ)上,對(duì)巖石的應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線分類進(jìn)行了有益的探討;應(yīng)用塑性位勢(shì)理論,詳細(xì)推導(dǎo)了對(duì)應(yīng)于不同屈服準(zhǔn)則的應(yīng)力脆性跌落過程塑性流動(dòng)因子的確定方法,并且給出了非理想脆塑性模型應(yīng)力脆性跌落過程中產(chǎn)生的非零位移增量的一種簡(jiǎn)便的近似處理方法;分別對(duì)大理巖、紅砂巖和花崗巖等幾種脆性比較明顯的巖石進(jìn)行了應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的試驗(yàn)研究,給出了大理巖和紅砂巖的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)與圍壓的關(guān)系表達(dá)式;應(yīng)用研制的三維彈脆塑性有限元與無界元耦合分析軟件對(duì)小灣水電站地下硐室群的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了不同屈服條件下的分析,驗(yàn)證了研究成果的有效性和實(shí)用性。
本書可作為土木、水電、橋梁、隧道、巖土力學(xué)與工程等工科專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)參考書,亦可供有關(guān)科研與工程設(shè)計(jì)人員參考。 2.前言
巖石是一種復(fù)雜材料,也正是這種復(fù)雜性吸引了眾多的科學(xué)工作者。研究全過程曲線,特別是峰值后區(qū)特性一直是巖石力學(xué)界十分關(guān)注的問題,因?yàn)闊o論在理論上,還是在巖體工程的實(shí)踐方面,它都具有重要意義。對(duì)于大量的巖石工程問題而言,所涉及的巖類脆性性質(zhì)十分明顯,以往進(jìn)行有限元非線性分析一般采用理想彈脆塑性模型,能夠很好地反映脆性非常明顯的巖土材料的峰值后區(qū)力學(xué)特性。然而,對(duì)于脆塑性不是那么理想化而軟化速率又大到不滿足經(jīng)典塑性理論中對(duì)軟化速率的限制的脆塑性巖土材料,采用理想彈脆塑性模型分析時(shí)必然有一定的誤差,且應(yīng)力坡降越緩,圍壓越大,誤差越明顯。為此,在前人工作的基礎(chǔ)上,開展在過峰值應(yīng)力以后的應(yīng)力跌落過程中,允許應(yīng)變?cè)隽坎粸榱愕姆抢硐氪嗨苄阅Ｐ脱芯俊?br>
全書共分9章。第1章緒論,介紹巖石的全過程曲線和巖石的本構(gòu)模型,綜述了有限元脆塑性分析模型的研究意義和現(xiàn)狀以及面向?qū)ο笥邢拊椒ê蜔o界單元方法的研究現(xiàn)狀;第2章介紹巖石應(yīng)力應(yīng)變?nèi)^程曲線以及關(guān)于傳統(tǒng)巖石分類的討論,并在介紹新一代電液伺服自適應(yīng)控制巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)及新的試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上提煉出脆塑性巖石類材料數(shù)值模擬的計(jì)算模型;第3章在總結(jié)和引用前人成果的基礎(chǔ)上,介紹巖石的彈脆塑性分析模型以及經(jīng)典塑性理論對(duì)軟化材料軟化速率的限制,最后闡述了利用塑性位勢(shì)理論來確定應(yīng)力跌落的方法以及非理想彈脆塑性分析中應(yīng)力脆性跌落過程中產(chǎn)生的非零應(yīng)變?cè)隽康奶幚矸椒?第4章對(duì)幾種脆性比較明顯的巖石的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究,并分別給出大理巖和紅砂巖的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)與圍壓的關(guān)系表達(dá)式,對(duì)某一大理巖介質(zhì)中的地下構(gòu)筑物進(jìn)行彈塑性、理想脆塑性和非理想脆塑性三維有限元對(duì)比分析;第5章對(duì)非線性有限元分析中不同屈服條件進(jìn)行對(duì)比研究,并以空心球殼受內(nèi)外壓?jiǎn)栴}為例進(jìn)行了數(shù)值分析對(duì)比;第6章研究無界單元方法,分別闡述了映射無界元和衰減無界元的基本原理及其形函數(shù)的具體構(gòu)造方法,總結(jié)了幾種常用的映射無界元和衰減無界元的形函數(shù),而且詳細(xì)推導(dǎo)了一種簡(jiǎn)單而又非常實(shí)用的無界單元—6節(jié)點(diǎn)無界元的形函數(shù)和其他相關(guān)計(jì)算公式;第7章設(shè)計(jì)了面向?qū)ο笕S非線性的彈脆塑性有限元分析軟件EBPFEM3D,能進(jìn)行彈塑性或彈脆塑性有限元計(jì)算,能較好地模擬脆塑性巖石的力學(xué)性能,可考慮開挖卸荷,可模擬巖體中的不連續(xù)面,可模擬巖土工程中經(jīng)常涉及的無限和半無限域問題;第8章應(yīng)用分析軟件對(duì)小灣水電站地下硐室群的圍巖穩(wěn)定性采用不同的屈服準(zhǔn)則進(jìn)行了分析,給出了不同屈服準(zhǔn)則計(jì)算所得的硐室特征部位的位移值和相應(yīng)于等面積圓的各機(jī)組剖面的塑性區(qū)域圖,驗(yàn)證了研究成果的有效性和實(shí)用性;第9章總結(jié)了本書的研究?jī)?nèi)容,并展望了脆塑性巖石破壞后區(qū)力學(xué)特性研究的未來發(fā)展方向。
本書可作為土木、水電、橋梁、隧道、巖土力學(xué)與工程等工科專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教學(xué)參考書,亦可供有關(guān)科研與工程設(shè)計(jì)人員參考。
由于作者水平有限,書中難免有錯(cuò)誤和疏漏之處,敬請(qǐng)同行、專家和讀者批評(píng)指正,不勝感激！
本書編寫過程中引用了葛修潤院士以及鄭宏博士、王水林博士、侯明勛博士、盧允德碩士等師兄弟的研究成果，在此特別致謝！
史貴才
常州工學(xué)院
2019年9月 3.目錄
1緒論(1)
1.1巖石的全過程曲線與巖石的分類(1)
1.2巖石的本構(gòu)模型(2)
1.3脆塑性巖體的研究現(xiàn)狀(4)
1.4面向?qū)ο笥邢拊ǖ难芯楷F(xiàn)狀(7)
1.5無界單元法的研究現(xiàn)狀(9)
1.6主要內(nèi)容(10)
參考文獻(xiàn)(11)
2巖石的全過程曲線(21)
2.1巖石的全過程曲線(21)
2.2關(guān)于傳統(tǒng)巖石分類的討論(22)
2.2.1關(guān)于Ⅱ型全過程曲線的實(shí)驗(yàn)條件及存在問題的討論(24)
2.2.2Ⅱ型全過程曲線違背Ⅱ′yushin公設(shè)(25)
2.3新一代電液伺服自適應(yīng)控制巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)及新的試驗(yàn)結(jié)果(26)
2.4脆塑性體數(shù)值模擬模型(29)
2.5本章小結(jié)(31)
參考文獻(xiàn)(31) 3脆塑性巖體分析原理(33)
3.1經(jīng)典塑性理論對(duì)軟化材料軟化速率的限制(33)
3.2應(yīng)變空間中表述的彈塑性理論(36)
3.3利用塑性位勢(shì)理論來確定應(yīng)力跌落(37)
3.4應(yīng)力脆塑性跌落過程中的位移增量的工程近似處理(44)
3.5算例(44)
3.6本章小結(jié)(46)
參考文獻(xiàn)(46) 4脆塑性巖石應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的試驗(yàn)研究(47)
4.1試驗(yàn)?zāi)康?47)
4.2試驗(yàn)設(shè)備及試樣(48)
4.2.1試驗(yàn)設(shè)備(48)
4.2.2試樣(49)
4.3試驗(yàn)步驟(51)
4.3.1單軸試驗(yàn)步驟(51)
4.3.2三軸試驗(yàn)步驟(51)
4.4應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的試驗(yàn)確定(52)
4.4.1大理巖的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的三軸試驗(yàn)確定(53)
4.4.2紅砂巖的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的三軸試驗(yàn)確定(56)
4.4.3花崗巖的應(yīng)力脆性跌落系數(shù)的單軸試驗(yàn)確定(59)
4.4.4小結(jié)(60)
4.5本章算例(60)
4.6本章小結(jié)(65)
參考文獻(xiàn)(65) 5巖土工程常用屈服條件的對(duì)比研究(66)
5.1概述(66)
5.2巖土材料的屈服條件(66)
5.2.1莫爾(Mohr)條件的基本思想(66)
5.2.2莫爾庫侖(MohrCoulomb)條件(67)
5.2.3德魯克普拉格(DruckerPrager)條件(69)
5.2.4廣義米賽斯條件(69)
5.3用廣義Mises屈服條件去逼近莫爾庫侖屈服條件的研究(72)
5.3.1理想彈塑性厚壁球殼受內(nèi)外壓?jiǎn)栴}(72)
5.3.2脆塑性厚壁球殼受內(nèi)外壓?jiǎn)栴}(77)
5.4本章小結(jié)(79)
參考文獻(xiàn)(79) 6無界單元法(81)
6.1概述(81)
6.2衰減無界元(82)
6.2.1衰減無界元的基本原理(82)
6.2.2幾種常用的衰減無界元模型(85)
6.3映射無界元(87)
6.3.1映射無界元的基本原理(87)
6.3.2幾種常用的映射無界元模型(89)
6.46節(jié)點(diǎn)三維無界單元(92)
6.4.16節(jié)點(diǎn)映射無界元(92)
6.4.26節(jié)點(diǎn)三維衰減無界元(95)
6.5算例(96)
6.6無界元在地應(yīng)力場(chǎng)分析中的應(yīng)用(99)
6.6.1巖體初始地應(yīng)力場(chǎng)的有限元分析(99)
6.6.2無界元應(yīng)用于地應(yīng)力場(chǎng)分析(108)
參考文獻(xiàn)(114) 7脆塑性有限元分析程序設(shè)計(jì)及其應(yīng)用(116)
7.1使用面向?qū)ο蟮姆椒▉砭帉懗绦虻谋匾?116)
7.1.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法(116)
7.1.2程序設(shè)計(jì)語言和傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)方法的局限性(117)
7.2面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪磁c發(fā)展(121)
7.2.1面向?qū)ο蠓椒ǖ钠鹪?121)
7.2.2面向?qū)ο缶幊陶Z言的發(fā)展(121)
7.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法的基本思想(122)
7.3.1面向?qū)ο笳J(rèn)識(shí)方法學(xué)(122)
7.3.2面向?qū)ο蟮姆椒ǖ木幊趟枷?123)
7.4面向?qū)ο蠓椒ǖ幕靖拍?123)
7.4.1對(duì)象(Object)(124)
7.4.2消息與方法(125)
7.4.3數(shù)據(jù)抽象(Data Abstraction)(126)
7.4.4類與對(duì)象(126)
7.5面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法的主要特征(127)
7.5.1封裝性(127)
7.5.2繼承性(127)
7.5.3多態(tài)性與動(dòng)態(tài)聚束(128)
7.5.4面向?qū)ο蠓椒ㄅc結(jié)構(gòu)化方法在概念上的區(qū)別(128)
7.6面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本過程(129)
7.6.1面向?qū)ο筌浖椒ǖ幕驹瓌t(129)
7.6.2面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)模式(129)
7.6.3面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)的基本過程(130)
7.7面向?qū)ο笥邢拊绦蛟O(shè)計(jì)(131)
7.7.1面向?qū)ο笥邢拊治?131)
7.7.2面向?qū)ο笥邢拊O(shè)計(jì)(133)
7.7.3面向?qū)ο笥邢拊獙?shí)現(xiàn)(143)
參考文獻(xiàn)(144) 8工程實(shí)例(147)
8.1工程概況(147)
8.2主要工程地質(zhì)概況與巖體力學(xué)參數(shù)(148)
8.3小灣水電站地下硐室有限元分析(149)
8.3.1計(jì)算模型(150)
8.3.2計(jì)算結(jié)果(152)
8.4本章小結(jié)(160)
參考文獻(xiàn)(160) 9結(jié)論與展望(161)
9.1主要結(jié)論及認(rèn)識(shí)(161)
9.2展望(162) 附錄(164)
附錄1大理巖常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線(164)
附錄2紅砂巖常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線(167)
附錄3花崗巖單軸壓縮試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變曲線(171)
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