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出版者:石油工业出版社

作者:(美)J.R.范基

出品人:

页数:113

译者:

出版时间:2006-7

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787502154295

丛书系列:国外油气勘探开发新进展丛书

图书标签:

• 渗流模拟
• 数值方法
• 地下水
• 水文地质
• 岩土工程
• 有限元
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• 模拟软件

跨越边界的探索：非常规地质力学与工程应用 作者： 某知名地质工程专家团队 出版社： 权威工程科学出版社 装帧： 精装，全彩印刷 页数： 约 850 页 定价： 780 元 --- 内容简介 本书旨在为地质工程、土木工程、水资源管理及环境科学等领域的专业人士和高级研究人员提供一个前沿且深入的视角，聚焦于非常规地质体（如极高应力、极端温度、复杂微观结构条件下的岩土体）的行为分析、建模与实际工程应用。本书完全避开了传统意义上的“渗流”概念，转而深入探讨介质的结构演化、宏微观耦合效应、动态应力下的介质响应，以及这些复杂现象在新型工程挑战中的解决方案。 全书结构严谨，内容翔实，共分为六个核心部分，共计二十八章，辅以大量的案例分析和前沿的实验数据支持。 --- 第一部分：非常规介质的本构描述与结构表征（约 220 页） 本部分奠定了理解极端环境下岩土体行为的理论基础，重点在于超越传统的连续介质假设，引入高阶结构效应。 第一章：复杂孔隙结构的拓扑学分析 本章详细阐述了如何利用先进的数字岩心技术（如同步辐射CT扫描）对具有极高非均质性的岩石和土壤进行三维重建。重点分析了孔隙网络连接度、曲折度以及喉道尺寸分布的统计学意义，特别是对于那些孔隙尺寸跨越多个数量级的介质。引入了拓扑学不变量在描述介质连通性中的应用，而非仅仅依赖于孔隙度这一单一参数。 第二章：高应力状态下的颗粒接触力学 探讨在深层地质环境中，颗粒间的接触行为如何从经典的Hertz接触模型偏离。引入了基于离散元法（DEM）的接触力链分析，研究高法向应力下剪切应力传递的非线性机制。特别关注了由颗粒破碎引起的介质刚度演化，并构建了描述高应力下颗粒间摩擦系数随有效接触面积变化的经验模型。 第三章：微观结构演化与宏观力学响应的耦合 本章的核心是建立微观尺度变化到宏观力学性能的桥梁。分析了在应力路径变化过程中，微裂纹的萌生、扩展与汇合如何影响介质的宏观强度和变形模量。引入了梯度理论和非局部模型来捕捉由于微观损伤累积导致的介质响应的非局域性特征。 第四章：粘弹性与粘塑性行为的温度依赖性 聚焦于岩土材料在极端温度（如高温岩浆活动或低温冻融环境）下的时间依赖性变形。提出了一个包含时间-温度等效原理（TTSP）的广义粘塑性本构方程，该方程能够准确描述介质在不同应力松弛时间尺度上的蠕变速率。 --- 第二部分：动态载荷下的介质响应（约 180 页） 本部分专注于介质在快速应力变化（如地震、爆破或冲击）时的动力学行为，侧重于能量耗散和波传播的非线性特性。 第五章：冲击波在非均质介质中的传播与衰减 研究高应变率载荷作用下，介质内部应力波（P波和S波）的反射、折射和能量耗散机制。引入了基于速率依赖性强度的本构关系，用于模拟冲击加载下的材料失效过程。通过数值模拟展示了裂纹萌生与应力波叠加如何导致材料的“硬化”或“软化”现象。 第六章：介质的动态失效判据与损伤演化 超越传统的莫尔-库仑失效准则，本章提出了适用于高应变率加载的动态损伤模型。该模型将损伤变量与应变率和能量耗散率直接关联，描述了材料从弹性、塑性到破碎的连续转变过程。 第七章：振动环境下的介质稳定性分析 分析持续振动载荷（如大型机械基础或交通荷载）对地基长期稳定性的影响。重点讨论了共振效应、周期性应力下的疲劳累积以及由此导致的有效应力状态的缓慢变化，这对结构基础的长期承载力评估至关重要。 --- 第三部分：新型环境下的岩土力学行为（约 160 页） 本部分关注工程背景下，材料与特定化学环境或物理场相互作用的力学响应。 第八章：热-力耦合作用下的岩石固结与膨胀 深入研究了加热或冷却过程对岩石内部孔隙结构和应力场的影响。建立了描述温度梯度诱导的内应力、以及由此导致的岩石膨胀或收缩的耦合控制方程组。这对核废料深层处置库和地热能开发中的围岩稳定性评估具有关键意义。 第九章：化学侵蚀与力学性能退化 本章探讨了酸性或碱性溶液对岩石胶结物和矿物晶格的化学侵蚀作用如何加速力学性能的衰减。建立了化学反应速率与力学损伤速率之间的动力学耦合模型，用以预测长期暴露在侵蚀性环境中的工程结构寿命。 第十章：电磁场对介质性能的耦合影响 研究强电磁场（如高压输电线、射频加热技术）对岩土体电导率、介电常数以及力学强度的微小影响。虽然效应微弱，但在高精度监测或特定能源工程中不容忽视。 --- 第四部分：先进的数值模拟方法与计算力学（约 150 页） 本部分着重于描述如何利用高性能计算模拟复杂地质过程，侧重于非光滑和多尺度建模技术。 第十一章：离散单元法（DEM）的高级应用 详细介绍如何使用非球形颗粒模型（如超二次椭球体）来更真实地模拟岩石颗粒间的咬合和旋转。讨论了如何将DEM与有限元（FEM）相结合，实现多尺度模拟，特别是颗粒破碎的模拟。 第十二章：无网格方法（SPH/EFG）在岩土工程中的优势 阐述了光滑粒子流体力学（SPH）和扩展有限元方法（XFEM）在处理大变形、自由表面问题（如滑坡、隧道开挖后围岩失稳）中的优势，特别是如何避免传统网格划分带来的数值伪像。 第十三章：多尺度建模中的信息传递机制 构建从分子动力学（MD）到连续介质模型（FEM）的信息传递框架。重点讨论了如何通过统计平均方法，将微观尺度的原子相互作用转化为宏观本构方程中的参数。 --- 第五部分：工程监测与反馈控制（约 100 页） 本部分探讨了在实际工程中，如何实时获取介质状态信息并将其反馈到控制系统中。 第十四章：基于分布式传感器的应力-应变场反演 介绍利用基于光纤布拉格光栅（FBG）和分布式声学传感（DAS）技术，实时获取地下结构受力状态的先进技术。重点讨论如何利用这些高密度数据，通过卡尔曼滤波等方法反演出介质的内部应力场分布。 第十五章：主动控制下的结构稳定性 针对不稳定边坡或深基坑，本章讨论了如何利用预应力锚索、注浆加固或主动支撑系统，实时调节介质的有效应力状态，以维持结构的长期稳定裕度。 --- 第六部分：案例研究与未来展望（约 100 页） 本部分通过具有挑战性的实际工程案例，验证前述理论和方法的有效性，并指出未来研究方向。 第十六章：深层隧道掘进中的高地应力响应 分析某特深隧道项目（超过2000米）的围岩变形和支护受力情况，案例着重展示了如何利用非线性粘塑性模型预测围岩的二次收敛。 第十七章：非常规油气开采中的地层力学稳定性 以水力压裂引起的微小地震活动为例，探讨了高压流体注入对岩层应力场重新分配的影响，并评估了由此带来的潜在地质灾害风险。 第十八章：新型材料在极端环境下的应用潜力 展望了具有自适应性或形状记忆效应的新型地质修复材料在应对快速地质灾害中的应用前景。 --- 结语 本书为工程师和研究人员提供了一套超越传统流体运动概念的、用于理解和预测复杂地质体在极端载荷和环境下行为的全面工具箱。它强调了结构、能量和时间在介质力学响应中的核心作用，是地质工程领域迈向高精度、多物理场耦合模拟的关键参考书。

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在日常生活中，我经常会对一些看似简单的现象产生疑问。比如，为什么有的地方下雨后，地面很快就干了，而有的地方却会积水很久？为什么有时候挖个坑，水会从四面八方渗过来？我一直觉得，这些都跟土壤的“吃水”能力和“排水”能力有关，也就是渗流的性能。但“综合”这个词，让我觉得它可能不仅仅是关于水。它会不会也涉及到其他一些物质，比如溶解在水里的矿物质，或者甚至是空气？想象一下，在地下深处，会不会同时存在着水、油、气，还有热量在复杂的岩层中交织流动？这本书的名字，似乎就指向了这样一个更宏大的图景。它不仅仅是简单地模拟一种流体的运动，而是试图将多种物理过程，在复杂的地质环境中进行“综合”的考虑和模拟。我脑海中浮现的，可能是对一个复杂地下生态系统进行的模拟，它能够反映出不同的流体如何相互影响，如何共同改变介质的性质，从而影响整体的渗流行为。这种“综合”的理念，让我觉得它可能触及到了自然界更深层次的规律，而不仅仅是停留在表面的现象描述。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，那种深蓝色带着点金属质感的纹路，感觉很有科技感，也让人联想到地下深邃的岩层。我之前对水文学、土壤力学这些领域都有一些模糊的概念，总觉得它们是分开的，没有一个整体的认识。但看到这本书名，就产生了一种“原来这些看似孤立的现象背后，可能存在某种相互关联的模拟方法”的期待。虽然我翻阅的这本书并没有直接涉及到我目前工作所需的具体数据分析方法，但它给我的启发在于，对于复杂的地质过程，抽象化和模型化的思维方式是多么重要。我常常在想，我们日常生活中遇到的各种与水相关的现象，比如地下水位的变化、土壤的渗透率差异，甚至是某些地区的土地沉降，是不是都可以用一套更宏观、更精密的数学模型来解释和预测？这本书的名字，恰恰触及了我内心深处对这种“综合”的渴望，它似乎预示着一种打破学科壁垒，用统一的视角去理解和处理自然界中错综复杂的水流和物质迁移过程的可能性。这种思路本身就很有价值，哪怕我还没来得及深入了解具体的模拟技术，单是这个名字所承载的理念，就足以让我对它的“综合”性充满了好奇和想象。

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我一直以来对自然界中各种物质的迁移过程都充满了好奇，尤其是在地球科学领域。比如，当我们谈论石油的勘探、地下水的污染治理，甚至是土壤改良的时候，总是会涉及到物质如何在多孔介质中进行扩散和传输。我印象深刻的是，小时候看到建筑工地挖出土来，那种湿漉漉的泥土，还有雨水渗透进土壤的速度，都让我觉得很神奇。后来接触了一些科普读物，了解到这些都跟介质的性质、流体的性质以及作用在其上的力有关。而“渗流”这个词，我理解它涵盖了液体在多孔介质中的流动。这本书的名字“综合渗流模拟”，让我产生了一种联想，它是不是能够将不同来源、不同形态的流体，在各种复杂的地质结构中，如何相互影响，如何共同迁移的现象，用一种统一的、数学化的语言进行描述和预测？我脑海里浮现的，可能是一种能够模拟地下水、油气、甚至热量在岩石孔隙中同时流动的场景。这对于理解和解决很多实际工程问题，比如地下水资源的开发利用、地热资源的勘探，甚至核废料的长期储存，都可能至关重要。这本书的名字，点燃了我对于这种跨学科、多维度的模拟能力的想象，让我觉得它可能提供了一个全新的视角来审视这些古老而又现实的问题。

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作为一个对自然科学原理怀有浓厚兴趣的读者，我对那些能够整合不同知识体系、提供宏观视角分析的书籍总是情有独钟。这本书的书名“综合渗流模拟”，就给我一种这样的感觉。我常常在想，我们所理解的“渗流”，可能是指水在土壤或岩石中的流动，但“综合”这个词，让我猜测它可能超越了对单一流体的关注。它会不会是在考虑地下水、油气、甚至热量等多种物理过程的相互作用？在复杂的地下地质构造中，这些不同的介质和能量形式是如何相互影响，共同演化，并最终影响整体的流动模式的？我脑海中浮现的是一个多物理场耦合的场景，水可能溶解了某些物质，改变了岩石的孔隙度，从而影响了油气的流动；而温度的变化，又可能影响流体的粘度，进一步改变渗流的速率。这种“综合”的考量，如果能够通过数学模型得以实现，那将是对地下复杂系统的一次深刻理解。这本书的名字，点亮了我对这种跨领域、多维度模拟的期待，让我好奇它是否能够提供一个框架，来解析和预测那些看似独立但实则相互关联的地下物理现象。

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我总觉得，自然界中的许多现象，用我们日常的经验去理解，往往会过于片面。尤其是在地下，那种看不见摸不着的复杂环境，更需要借助科学的工具来揭示其规律。“综合渗流模拟”这个书名，对我来说，就提供了一种可能性，让我去想象一种能够将不同因素考虑在内的分析方法。我曾接触过一些关于地下水运动的介绍，也了解过一些关于土壤力学的知识，但总感觉它们是割裂的。这本书的名字，似乎暗示着一种将这些看似独立的现象“综合”起来进行模拟的途径。我开始思考，在地下，是不是不仅仅是水在流动，可能还有其他物质，比如溶解在水中的盐分、矿物质，甚至是石油和天然气，它们也在以某种方式进行迁移和转化？而这些迁移过程，会不会又相互影响，比如溶解物的浓度变化，就可能改变了岩石的物理性质，进而影响整体的渗流行为？这种“综合”的思路，让我觉得它可能是一种更接近于真实情况的模拟方式，能够捕捉到自然界中更深层次的相互作用和演化过程。这本书的名字，激起了我对于这种能够模拟复杂地下环境的“综合”能力的浓厚兴趣。

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