离散单元法及其在岩土力学中的应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:东北大学出版社

作者:王泳嘉

出品人:

页数:273

译者:

出版时间:1991-09

价格:5.50

装帧:平装

isbn号码:9787810063265

丛书系列:

图书标签:

• 离散元
• 离散单元法
• DEM
• 岩土力学
• 数值模拟
• 颗粒计算
• 土力学
• 岩石力学
• 工程应用
• 计算力学
• 数值方法

本书旨在为读者提供一种严谨且实用的岩土工程分析工具，详细阐述离散单元法（DEM）的原理、发展历程及其在岩土力学领域的广泛应用。我们深入探讨DEM的核心思想，即将其视为由大量离散的、可相互作用的单元组成的系统，通过模拟这些单元的运动和相互作用来反映宏观材料的力学行为。 离散单元法的核心理论 离散单元法的精髓在于其将连续介质离散化为一系列独立但相互作用的单元。这些单元可以是点、圆、球、块体，甚至更复杂的形状。单元之间的相互作用通过预设的接触模型来描述，这些模型能够模拟法向和切向的力学响应，例如弹性、阻尼、塑性以及摩擦等。 1. 单元的离散化： 传统有限元法通常采用高斯积分等数值积分技术来处理连续介质的微分方程。而DEM则直接处理离散的、具有特定形状和大小的单元。单元的离散方式对模拟结果有显著影响，例如，使用圆形或球形单元可以简化接触检测和力计算，但可能无法完全捕捉真实颗粒的复杂形状。因此，本书将详细介绍不同单元类型（如圆形、多边形、球形、多面体）的优缺点及其适用性。 2. 接触模型： 单元之间的相互作用是DEM模拟的关键。本书将重点介绍几种常用的接触模型，包括： 线性模型： 描述单元接触时产生的力与相对位移呈线性关系，简单易懂，但对非线性行为捕捉能力有限。 非线性模型（例如 Hertz-Mindlin 模型）： 考虑了单元接触时的弹性和阻尼效应，能够更真实地模拟颗粒之间的碰撞和能量耗散。 考虑摩擦的模型： 引入库仑摩擦定律，模拟颗粒之间的摩擦力，这是岩土材料表现出剪切强度特性的重要因素。 粘聚力模型： 模拟颗粒之间的粘附力，尤其在潮湿或含有粘性土的情况下更为重要。 其他复杂接触模型： 包括考虑曲率、表面粗糙度、捩转刚度等的模型，以提高模拟的精确度。 3. 运动方程和求解： 离散单元的运动遵循牛顿第二定律。在每个时间步长内，系统会计算每个单元所受的合力（包括单元内部产生的力、单元间的接触力以及外部施加的力），然后根据合力更新单元的加速度、速度和位移。本书将深入探讨时间积分方法，如显式积分（例如前向欧拉法、速度Verlet法）和隐式积分，分析它们在稳定性、精度和计算效率方面的权衡。显式积分方法因其在处理大变形和接触瞬变方面的优势，在DEM中得到广泛应用，但需要严格控制时间步长以保证计算稳定性。 4. 接触检测： 随着单元数量的增加，有效的接触检测成为计算效率的关键。本书将介绍各种接触检测算法，包括： 成对检测（Pairwise Detection）： 最直接的方法，逐一检查所有单元对之间的接触，计算量大。 空间划分技术（Spatial Decomposition Techniques）： 如网格法（Grid Method）、四叉树/八叉树（Quadtree/Octree）、k-d树（k-d Tree）等，通过将计算区域划分为更小的空间单元，显著减少需要检测的单元对数量，从而提高效率。 离散单元法在岩土力学中的应用 DEM能够直接模拟岩土材料的微观结构和颗粒行为，因此在分析岩土工程问题时具有独特的优势，尤其是在处理颗粒流、破碎、复杂应力路径以及非连续变形等问题时。 1. 颗粒材料的本构关系： 剪胀和剪缩： 模拟颗粒在剪切过程中体积变化的现象，这是岩土材料的重要特征。 孔隙率变化： 颗粒重排导致孔隙率的改变，影响材料的渗透性和应力传递。 强度衰减： 模拟颗粒在破坏过程中应力-应变关系的非线性变化，包括峰值强度和残余强度。 应力传递和颗粒力链： 揭示岩土体内部应力是如何通过颗粒之间的接触传递的，分析颗粒力链的形成、发展和演化。 2. 边坡稳定性分析： 离散单元法可以模拟边坡失稳过程中的块体滑动、颗粒崩塌等现象，更直观地展示破坏机制。通过模拟不同边坡几何形状、土体参数和外部荷载下的行为，为边坡加固设计提供依据。 3. 隧道开挖和支护： 模拟隧道开挖引起的围岩应力重分布、变形和失稳，以及支护结构（如锚杆、喷射混凝土）的协同作用。DEM能够捕捉隧道掘进过程中围岩颗粒的运动和散体行为。 4. 土压力和挡土墙分析： 模拟土体与挡土墙之间的相互作用，分析土压力分布、墙体变形和滑移机制。DEM可以模拟墙后土体的松动、颗粒重新排列以及不同后视材料（如粗粒土、细粒土）对土压力的影响。 5. 地基承载力： 通过模拟基础与下部土体之间的接触和变形，分析地基的承载能力和破坏模式。 6. 颗粒流和振动： 模拟散体材料（如沙子、砾石）在重力、外部激励或流动作用下的运动和振动行为，例如筒仓卸料、振动台试验等。 7. 断层和裂隙的模拟： 离散单元法可以方便地模拟岩体中的不连续面（如断层、节面），分析这些不连续面对整体稳定性和水力传导性的影响。 软件实现与前沿进展 本书还将介绍一些主流的离散单元法软件（如 UDEC, PFC, YADE, EDEM 等）的基本操作和功能，并分享如何利用这些软件进行实际工程问题的建模和分析。此外，还将触及DEM在与其他数值方法（如有限元法、边界元法）耦合、并行计算、GPU加速、以及处理更复杂材料行为（如粘弹性、蠕变）等方面的最新研究进展。 通过系统地学习本书内容，读者将能够深刻理解离散单元法的物理本质和数学基础，掌握其在岩土力学分析中的核心应用技巧，并能够独立地运用DEM方法解决实际的岩土工程难题，从而提升岩土工程分析的精度和可靠性。

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这本书，我拿到的时候，就被那个厚重的封面和沉甸甸的分量所吸引。我是一名在读的岩土工程硕士生，接触了不少与地基、边坡、隧道相关的理论和计算方法，但总觉得在模拟复杂地质条件和大型工程时，传统的数值方法有些力不从心。正好听师兄提过“离散单元法”，就抱着试试看的心态入了这本书。拿到手翻阅了一下，发现内容真的不少，里面的公式和图表我都还在慢慢消化，不过光看目录和前言，我就知道这绝对是一本硬核的著作。作者在引言里提到的DEM在处理大变形、颗粒材料流动、甚至是一些新兴领域如地下水渗流耦合模拟中的优势，让我对接下来的学习充满了期待。特别是其中关于宏观模型和微观模型之间的关系，以及如何根据实际工程问题来选择合适的模型参数，这些都是我在其他教材中很少见到的深入探讨。我希望通过这本书的学习，能够真正掌握DEM的核心思想，并在我的毕业设计中有所应用，解决一些目前我们团队在模拟过程中遇到的难题。这本书给我的第一印象就是“干货满满”，需要静下心来，一步一个脚印地去钻研。

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我是一名对工程计算方法充满好奇心的学生，虽然不是直接学习岩土工程，但对各种数值模拟方法都有涉猎。最近了解到离散单元法（DEM）在处理一些传统方法难以解决的力学问题上表现出独特的优势，比如大变形、非连续性介质的模拟等。于是我就找来了这本书，想深入了解一下DEM的理论体系及其在岩土力学中的具体应用。这本书的内容确实很丰富，从DEM的基本原理，比如如何离散化、如何处理接触、如何求解动力学方程，到如何将DEM应用于边坡、隧道、地基沉降、甚至是一些复杂的流固耦合问题，都进行了详细的介绍。我特别喜欢其中对不同颗粒形状、大小分布以及接触本构模型选择的讨论，这涉及到DEM模型精度的关键。另外，书中还列举了不少实际工程案例，比如在模拟高填方路堤失稳、深基坑开挖变形等方面的应用，这些案例的分析过程和结果展示，让我对DEM的实用价值有了更直观的认识。这本书的深度和广度都让我印象深刻，虽然有些地方的数学推导需要仔细研读，但整体而言，它为我提供了一个全面了解DEM的窗口。

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这本《离散单元法及其在岩土力学中的应用》真是让我大开眼界！作为一名已经工作了几年的地质勘查工程师，我之前对数值模拟的理解主要停留在有限元层面，对于DEM这个概念，我只在一些学术论文中零星接触过。这次拿到这本书，我发现它彻底颠覆了我之前的认知。作者在书中深入浅出地讲解了DEM的核心思想，特别是它如何能够捕捉岩土介质的非连续性和颗粒状特性，这对于我们处理一些像滑坡、塌方、或含有大量松散堆积物的复杂地质体时，提供了前所未有的模拟手段。书中对DEM软件的应用指导，比如如何进行模型建立、参数率定、以及结果后处理，都写得非常实用。我尤其对书中关于考虑颗粒形状、摩擦系数、黏聚力等微观参数如何影响宏观工程行为的章节非常感兴趣，这有助于我们更精细地理解和预测岩土体的破坏机制。而且，书中给出的几个不同类型的工程案例分析，都非常具有代表性，从中可以学到如何将DEM技术有效地嫁接到实际勘查和设计工作中。这本书不仅是理论的宝库，更是实践的指南。

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说实话，我是一名有几年工作经验的岩土工程师，平时接触最多的还是有限元法和一些经验公式。但随着近年来一些大型、复杂项目的增多，尤其是在处理软土、膨胀土、以及一些具有显著颗粒流特征的地质问题时，我明显感觉到传统方法的局限性。偶然的机会，在一次学术会议上听到有同行分享了利用离散单元法进行边坡稳定性分析的案例，效果非常令人振奋。于是我找到了这本书，希望能从中学习到DEM的精髓，并将其应用到实际工作中。这本书的讲解非常系统，从理论基础到具体的模型构建，再到各种工程应用案例，都写得十分详尽。尤其是关于颗粒之间相互作用力、接触模型、阻尼机制等细节的阐述，让我对DEM的内在机理有了更深刻的理解。我特别关注书中关于复杂边界条件处理和外部荷载施加的部分，这对于我们模拟实际工程中的桩基、挡土墙等结构至关重要。这本书的逻辑结构清晰，图文并茂，即使是对DEM不熟悉的读者，也能循序渐进地掌握其核心概念。我个人非常看好DEM在岩土力学领域的未来发展，这本书无疑为我们提供了一个非常宝贵的学习平台。

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一直以来，我对岩土工程中的数值模拟技术都抱有浓厚的兴趣，特别是希望能够找到一种方法，能够更真实地模拟出岩土体的复杂行为。在一次偶然的机会，我了解到离散单元法（DEM）在处理大变形、颗粒流动以及非连续介质方面有着独特的优势。于是，我便入手了这本书。我被书中对DEM理论的细致讲解所吸引，从最基本的物理模型，到数值求解方法，再到各种接触本构模型的选择，作者都进行了详尽的阐述。这本书的优点在于，它不仅提供了扎实的理论基础，还结合了大量的岩土力学工程应用案例。例如，在边坡稳定性分析、隧道开挖扰动、桩土相互作用、以及一些特殊的岩土工程问题（如散体材料的流动）等方面的应用，都给出了详细的模拟过程和结果分析。我特别喜欢书中关于如何根据实际工程地质条件和材料特性，来选择合适的DEM模型参数，以及如何验证模型的准确性的讨论。这对于我这样的初学者来说，提供了非常宝贵的指导。这本书让我对DEM的潜力有了更深刻的认识，也激发了我进一步学习和研究的兴趣。

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