由于大型水利水電、能源開(kāi)采、深部巖石、核廢料處置、CO2地質(zhì)封存等工程發(fā)展的需求，復(fù)雜賦存環(huán)境下巖土體的多相多場(chǎng)耦合和滲流變形分析已成為巖土力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。本書(shū)關(guān)于巖土體水力耦合分析面臨的非連續(xù)表征、多相多場(chǎng)耦合模擬及復(fù)雜非均質(zhì)特性模擬三個(gè)主要難點(diǎn)問(wèn)題。首先，本書(shū)引入數(shù)值流形方法(NMM)，基于NMM特有的多重覆蓋和切割技術(shù)表征巖土體非連續(xù)面，給出處理大量土石體裂紋的技術(shù)基礎(chǔ)。其次，基于NMM空間解構(gòu)造技術(shù)，給出非閉鎖多場(chǎng)NMM函數(shù)空間構(gòu)造方法。最后，引入多尺度概念，建立多尺度NMM，給出從宏觀統(tǒng)計(jì)角度分析土石體滲流變形和水力特性的新方法。
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中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)會(huì)員，Engineering Analysis with Boundary Elements審稿人
目錄
前言
第1章緒論1
1.1水力耦合分析數(shù)值方法3
1.2水力耦合數(shù)值分析研究進(jìn)展8
1.2.1連續(xù)飽和水力耦合8
1.2.2非連續(xù)飽和水力耦合11
1.2.3非飽和巖土體水力耦合13
1.3本書(shū)的主要內(nèi)容14
第2章彈性不可壓縮問(wèn)題16
2.1彈性不可壓縮基本方程16
2.2NMM基本概念19
2.2.1覆蓋系統(tǒng)19
2.2.2NMM函數(shù)空間21
2.3彈性不可壓縮問(wèn)題的NMM求解格式24
2.4數(shù)值算例26
2.4.1自由端受剪切力作用的懸臂梁27
2.4.2帶圓孔的無(wú)限大板30
2.4.3Cook梁33
2.4.4頂壁驅(qū)動(dòng)腔體問(wèn)題34
2.5上下限數(shù)值測(cè)試36
2.6本章小結(jié)39
第3章飽和連續(xù)巖土體水力耦合問(wèn)題40
3.1動(dòng)力固結(jié)基本控制方程40
3.2u-w-p格式水力耦合分析空間域NMM離散43
3.3時(shí)間離散時(shí)間域Newmark離散45
3.3.1離散格式46
3.3.2NMM框架下的質(zhì)量矩陣集中化48
3.3.3能量平衡條件49
3.4數(shù)值算例50
iv水力耦合模擬——數(shù)值流形法與多尺度分析
3.4.1受均布?jí)毫ψ饔玫陌霟o(wú)限大飽和土50
3.4.2受偏斜載荷作用的飽和土基礎(chǔ)56
3.5收斂性測(cè)試59
3.6水力耦合模擬中的閉鎖問(wèn)題61
3.6.1滲透性極小的方形懸臂梁61
3.6.2頂部受壓的飽和黏土邊坡66
3.7本章小結(jié)68
第4章飽和非連續(xù)巖土體水力耦合問(wèn)題69
4.1飽和非連續(xù)水力耦合變分形式69
4.2飽和非連續(xù)巖體水力耦合分析u-w-p格式NMM離散72
4.2.1骨架位移、流體流速和孔隙壓力場(chǎng)的NMM插值函數(shù)72
4.2.2位移擴(kuò)展格式的ND5W5P1模型74
4.3摩擦接觸模型的數(shù)值實(shí)現(xiàn)75
4.4變分方程的完全離散格式77
4.5數(shù)值算例78
4.5.1非連續(xù)飽和巖土體動(dòng)力固結(jié)分析79
4.5.2摩擦接觸模型的有效性82
4.5.3水力載荷作用下飽和巖土體水力耦合分析83
4.5.4水力載荷作用下多裂紋飽和巖土的水力耦合模擬85
4.6飽和巖土體中的波傳遞問(wèn)題86
4.6.1連續(xù)飽和巖土體87
4.6.2非連續(xù)飽和巖土體90
4.7本章小結(jié)92
第5章飽和巖土體水力耦合分析高階NMM方案93
5.1單元T3-MINI-CNS94
5.1.1單元T3-CNS95
5.1.2單元T3-MINI-CNS及u-w-p三相場(chǎng)插值格式98
5.2單元T3-MINI-CNS求解彈性不可壓縮問(wèn)題100
5.3單元T3-MINI-CNS上下限數(shù)值測(cè)試102
5.3.1上下限測(cè)試103
5.3.2低滲透性方形孔隙介質(zhì)104
5.3.3頂部受壓的黏土邊坡107
5.4連續(xù)飽和巖土材料動(dòng)力固結(jié)109
5.4.1受均勻分布?jí)毫ψ饔玫陌霟o(wú)限大飽和土109
5.4.3受偏斜壓力作用的飽和土基礎(chǔ)117
5.5非連續(xù)飽和巖土體水力耦合分析123
5.5.1非連續(xù)飽和巖土體動(dòng)力固結(jié)123
5.5.2摩擦接觸模型的驗(yàn)證127
5.5.3偏斜壓力作用下的非連續(xù)飽和土基礎(chǔ)128
5.5.4受水力載荷作用巖土體水力耦合分析130
5.5.5非連續(xù)飽和巖土體中的波傳遞133
5.6本章小結(jié)135
第6章三維飽和巖土體非線性水力耦合問(wèn)題137
6.1三變量u-w-p格式Biot模型137
6.2結(jié)點(diǎn)處梯度連續(xù)的三維NMM函數(shù)空間141
6.2.1H8-CNS-NMM的權(quán)函數(shù)141
6.2.2H8-CNS-NMM的局部近似142
6.2.3H8-CNS-NMM的整體近似144
6.2.4位移、流速和孔隙壓力場(chǎng)插值144
6.3空間和時(shí)間離散145
6.4數(shù)值算例147
6.4.1驗(yàn)證算例：土柱固結(jié)148
6.4.2偏斜載荷下孔隙介質(zhì)的固結(jié)157
6.4.3H8-CNS-NMM水力耦合分析的穩(wěn)定性161
6.4.4循環(huán)加載下的土柱固結(jié)163
6.4.5偏斜載荷下條形基礎(chǔ)的固結(jié)165
6.4.6偏斜載荷下方形基礎(chǔ)的固結(jié)170
6.5本章小結(jié)174
第7章非飽和巖土體水力耦合問(wèn)題175
7.1基本控制方程及變分格式175
7.1.1控制方程175
7.1.2變分格式179
7.2基本場(chǎng)變量的NMM離散180
7.3時(shí)間離散182
7.4數(shù)值算例185
7.4.1砂柱排水185
7.4.2含豎直材料面的飽和土石混合體188
7.4.3含傾斜材料面的飽和土石混合體191
7.4.4偏斜受壓的飽和土石混合體基礎(chǔ)196
vi水力耦合模擬——數(shù)值流形法與多尺度分析
7.4.5非飽和土石混合體排水202
7.4.6降雨作用下的土石混合體邊坡205
7.5本章小結(jié)214
第8章水力耦合多尺度分析基本理論215
8.1飽和孔隙介質(zhì)水力耦合方程216
8.2微觀初邊值問(wèn)題218
8.2.1微觀尺度主變量的多尺度分解218
8.2.2平均梯度219
8.2.3微觀尺度邊界條件施加方法220
8.2.4變分一致性223
8.3宏觀初邊值問(wèn)題225
8.4宏觀尺度切向算子226
8.5接觸模型227
8.6本章小結(jié)229
第9章連續(xù)飽和非均質(zhì)巖土體水力耦合多尺度分析230
9.1多尺度初邊值問(wèn)題的離散230
9.1.1微觀尺度初邊值問(wèn)題離散格式230
9.1.2宏觀尺度初邊值問(wèn)題離散格式232
9.2宏觀尺度切向算子的計(jì)算233
9.2.1線性邊界條件234
9.2.2周期邊界條件235
9.3數(shù)值算例238
9.3.1非均質(zhì)土石材料的固結(jié)238
9.3.2偏斜載荷作用下非均勻孔隙介質(zhì)的固結(jié)249
9.3.3沖擊載荷下非均質(zhì)孔隙介質(zhì)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)258
9.4本章小結(jié)264
第10章連續(xù)飽和非均質(zhì)巖土體水力耦合多尺度分析整體求解算法265
10.1水力耦合多尺度分析交錯(cuò)求解算法266
10.2水力耦合多尺度分析整體求解算法269
10.3交錯(cuò)求解算法和整體求解算法的比較273
10.4數(shù)值算例273
10.4.1飽和非均質(zhì)土石柱體的固結(jié)274
10.4.2飽和非均質(zhì)土石基礎(chǔ)的固結(jié)287
10.5本章小結(jié)296
第11章非均質(zhì)孔隙介質(zhì)有效水力特性的多尺度評(píng)估298
11.1水力耦合多尺度分析宏觀和細(xì)觀尺度問(wèn)題299
11.2等效水力特性評(píng)估300
11.3數(shù)值算例301
11.3.1等效滲透系數(shù)303
11.3.2等效變形模量311
11.3.3等效Biot系數(shù)316
11.4本章小結(jié)319
第12章非連續(xù)飽和非均質(zhì)巖土體水力耦合多尺度分析321
12.1細(xì)觀尺度初邊值問(wèn)題321
12.2宏觀尺度初邊值問(wèn)題322
12.3宏觀尺度接觸模型323
12.4數(shù)值算例325
12.4.1驗(yàn)證算例326
12.4.2液相點(diǎn)載荷作用下的非連續(xù)非均質(zhì)孔隙介質(zhì)336
12.4.3含多裂紋的非均質(zhì)孔隙介質(zhì)337
12.4.4沖擊載荷作用下的非連續(xù)非均質(zhì)孔隙介質(zhì)340
12.5本章小結(jié)343
參考文獻(xiàn)344
附錄A361
附錄B363
書(shū)單推薦
