岩石和混凝土离散-接触-断裂分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:534

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出版时间:2008-10

价格:80.00元

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isbn号码:9787302181767

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• 离散元
• 岩石力学
• 混凝土力学
• 离散元法
• 接触力学
• 断裂力学
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• 岩土工程
• 结构工程
• 材料力学

《岩石与混凝土的离散-接触-断裂分析》 本书深入探讨了岩石和混凝土材料在复杂加载条件下，特别是涉及接触和断裂过程中的力学行为。我们关注的重点在于这些宏观材料内部微观结构（例如颗粒、裂纹、界面）如何相互作用，并最终影响到整体的宏观力学响应。 第一部分：基础理论与模型构建 岩石与混凝土的宏观力学性质回顾： 简要梳理岩石（如砂岩、花岗岩、石灰岩等）和混凝土（包括普通混凝土、纤维增强混凝土等）在单轴、三轴受压、受拉以及剪切等基本加载模式下的应力-应变关系、强度特性、变形模量、泊松比等关键力学参数。重点强调其非线性、各向异性以及损伤累积的特点。 断裂力学基本原理： 回顾线弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）的核心概念，包括应力强度因子（K）、断裂韧度（KIC）、能量释放率（G）、J积分等。在此基础上，引入岩石和混凝土材料固有的裂纹扩展准则，例如最大应力准则、最大应变准则、应力强度因子准则等。 接触力学基础： 介绍接触问题的基本理论，包括赫兹接触理论（对于理想表面）、非线性接触理论（考虑表面形貌和材料非线性的情况）。重点阐述接触刚度、接触压强、剪切行为以及摩擦力的影响，这些对于理解岩石和混凝土颗粒间的相互作用至关重要。 离散元法的原理与发展： 详细介绍离散元法（DEM）的基本思想，即通过模拟组成材料的离散单元（如颗粒、块体）之间的相互作用来分析整体行为。阐述其在模拟颗粒材料（如岩石破碎、散体堆积）以及块状材料（如混凝土开裂）方面的优势。重点介绍不同的单元类型（如圆形颗粒、多边形块体、三维球体）及其建模方法。 本构模型选择与参数化： 针对岩石和混凝土的复杂本构行为，介绍几种常用的本构模型，包括（但不限于）Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型、塑性损伤模型（如Luo-Chen模型、CDP模型）等。讨论如何根据实验数据对这些模型进行参数化，以准确描述材料的弹塑性、损伤和强度演化过程。 第二部分：离散-接触-断裂耦合分析方法 离散元法在岩石与混凝土分析中的应用： 颗粒模型（Particle-based DEM）： 详细讲解如何利用球形或多边形颗粒来模拟岩石颗粒堆积、细观结构（如骨料、水泥浆界面）以及混凝土中的微裂纹生成与扩展。讨论颗粒形状、尺寸分布、接触模型（如线性弹簧-阻尼模型、非线性接触模型、粘聚力模型）对模拟结果的影响。 块体模型（Block-based DEM）： 介绍如何在岩石崩塌、边坡失稳或混凝土结构开裂分析中，将岩体或混凝土块体离散化为具有明确界面和边界的块体。重点讲解块体间的接触判定、力传递机制以及界面接触模型（考虑法向和切向的接触刚度、摩擦、粘聚力）。 接触模型与断裂模型的集成： 基于颗粒的断裂模型： 探讨在颗粒DEM中，如何引入断裂准则来模拟颗粒的破碎（例如，当颗粒内部应力超过其强度时发生碎裂）以及颗粒之间的裂纹扩展（例如，裂纹在接触界面上传播或穿过颗粒）。介绍单元破碎（Element Breakage）和接触失效（Contact Failure）的判定条件。 基于块体的断裂模型： 讲解在块体DEM中，如何通过定义块体之间的界面接触属性（包括强度和刚度）来模拟界面的剪切和拉伸破坏。介绍块体内部裂纹的生成与扩展，例如通过引入虚拟裂纹或模拟块体内部的断裂。 耦合接触与断裂的机制： 重点阐述材料内部的微观裂纹如何与颗粒间的接触以及块体间的界面接触相互影响。例如，裂纹尖端处的应力集中如何导致颗粒破碎或界面破坏；反之，颗粒间的接触力如何影响裂纹的稳定性和扩展路径。 数值算法与实现： 显式与隐式数值方案： 介绍DEM中常用的显式和隐式求解算法，分析其在计算效率、稳定性和精度方面的权衡，特别是在处理大规模、非线性问题时的应用。 接触检测算法： 讨论高效的接触检测算法（如边界框法、球体包络法、空间划分法）在成千上万甚至数百万个离散单元系统中至关重要。 并行计算与大规模模拟： 针对处理复杂岩石和混凝土结构时庞大的计算量，介绍并行计算技术（如MPI、OpenMP）在DEM中的应用，以加速模拟进程。 第三部分：应用与案例分析 岩石破碎过程模拟： 爆破破碎分析： 模拟爆破冲击波传播、应力波与岩石相互作用、裂纹萌生与扩展、岩块破碎与崩塌的全过程。重点关注爆破参数（炸药类型、装药量、起爆方式）对破碎效果的影响。 采矿与隧道掘进中的岩体破坏： 分析开挖面引起的应力重分布，岩体失稳、垮塌等现象。研究不同地质条件、开挖方法下岩体破坏模式。 混凝土结构开裂与破坏分析： 混凝土坝、桥梁等结构的开裂模拟： 分析温度裂缝、收缩裂缝、荷载引起的裂缝以及这些裂缝的扩展对结构整体安全性的影响。 冲击载荷下的混凝土破坏： 模拟高速冲击（如爆炸、撞击）对混凝土结构造成的穿透、粉化等破坏现象。 加固混凝土结构的性能评估： 研究纤维增强、粘贴碳纤维布等加固措施对混凝土抗裂性能和整体强度的提升作用。 岩石-混凝土界面相互作用： 锚固系统中的岩石-锚杆界面行为： 分析锚杆与岩石之间的接触力、剪切滑动以及界面破坏对锚固承载力的影响。 地下结构与围岩的耦合分析： 模拟地下洞室开挖过程中，围岩对衬砌结构的应力传递和变形影响，以及衬砌与围岩界面的相互作用。 桩基与岩土的相互作用： 分析桩体与岩石层之间的接触力学，模拟桩在受力时与岩石的相对滑动和界面破坏。 参数敏感性分析与优化： 通过改变关键的材料参数（如颗粒间的摩擦系数、混凝土的粘聚力、裂纹扩展阈值等），系统研究这些参数对模拟结果的影响，为工程设计提供参数优化依据。 本书力求为研究人员、工程师和学生提供一个全面、深入的框架，用于理解和分析岩石与混凝土材料在复杂工程问题中涉及的离散、接触和断裂等关键力学现象，并通过数值模拟手段获得可行的解决方案。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种粗粝的质感和深邃的色调，一下子就把我带入了一个充满力量与历史感的领域。我记得刚翻开的时候，就被作者那种对材料本质的洞察力所震撼。他没有停留在教科书上那些干燥的力学公式，而是像一位老矿工在触摸每一块矿石一样，去感受岩石内部的微观结构和应力分布。尤其是在讨论材料的非线性行为时，那种娓娓道来的叙述方式，让我这个非专业出身的读者都能大致领会其精妙。书中对不同地质构造在极端载荷下的响应分析，简直是教科书级别的示范，每一个案例都像是精心打磨的艺术品，展现了自然界最原始、最残酷的美感。我特别喜欢其中关于“能量耗散机制”的章节，作者用极其生动的比喻，把那些复杂的能量转化过程描绘得清晰可见，让人感觉不仅仅是在阅读一本技术书籍，更像是在进行一场深层次的哲学思考——关于结构与破坏的辩证关系。这种将严谨的科学性与人文关怀完美融合的写作手法，实在是太少见了，完全超出了我对一本专业著作的期待。

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这本书的排版和印刷质量，体现了出版方对知识的尊重。纸张的选择非常有考究，略带哑光的质地，不仅减少了长时间阅读带来的视觉疲劳，而且即便是那些涉及到大量应力云图和裂纹扩展路径的彩色插页，色彩还原度也极其精准，没有出现任何模糊或色块堆积的现象。装帧设计上，虽然整体风格偏向严肃，但巧妙地利用了书脊处的纹理变化来暗示内容的层次感。我是一个极度注重阅读体验的人，一本好书不光要有好的内容，外在的呈现也必须跟得上。这本书的版式设计也颇具匠心，引文和核心公式采用了不同的字体和字号进行区分，使得主线逻辑清晰，而辅助性的解释则被巧妙地安置在页边空白处，使得版面既充实又不拥挤。这种对细节的把控，无疑提升了阅读的流畅性和舒适度，让我在面对那些复杂的数学推导时，心情也能保持平和，更容易进入心流状态。

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最让我印象深刻的是，作者在叙述过程中，总能适当地插入一些历史回顾和前沿展望。他没有将岩土力学和结构破坏视为一个孤立的学科，而是将其置于整个土木工程和地球科学的大背景下进行考察。在介绍某个关键的本构模型时，作者会简要提及该模型最初被提出时的历史背景，以及它在特定历史时期解决了什么重大的工程难题，这种“讲故事”的方式极大地增强了知识的代入感。更难得的是，书中对未来研究方向的讨论，显得尤为清醒和客观，没有过度鼓吹新兴技术，而是基于现有理论的不足，指出了未来几年内最有可能取得突破的关键领域，这对于正在进行毕业设计或研究课题的年轻学者来说，简直是提供了宝贵的导航图。它不仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的前辈，在为你的人生研究方向点亮几盏灯塔，让你在浩瀚的知识海洋中知道大致的航向。

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这本书的语言风格，说实话，有一种独特的、近乎古典的严谨美。它不追求网络语言的轻快，而是采用了一种非常精确、结构严谨的学术表达。这种风格可能在初次接触时会让人觉得略微有些“厚重”，但一旦适应了这种节奏，就会发现其中的韵味。每一个句子都像是经过了精密的计算，没有一个多余的词汇，信息密度极高。特别是作者在论证复杂断裂准则的合理性时，那种层层递进、步步为营的逻辑链条，让人如同置身于一场严密的法庭辩论，最终的结论被无可辩驳地确立。这本书的阅读过程，与其说是获取知识，不如说是一种智力上的“训练”。它要求读者保持高度的专注力和逻辑连贯性，这对于提升自身的理性思维能力大有裨益。对我而言，这不仅仅是一本关于岩石和混凝土的书，它更像是一本关于“如何进行严密思考”的范本，这种思维上的提升，远超出了岩土工程本身的范畴。

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读完这本煌煌巨著，我最大的感受就是作者对细节的偏执狂式的追求。那些关于数值模拟方法的阐述，简直细致到了令人发指的地步。我通常对计算力学类书籍敬而远之，总觉得那些复杂的离散单元方法的建立过程太过晦涩难懂，但这本书却是个例外。作者似乎预判了读者可能在哪些地方产生困惑，并在关键节点设置了详尽的图解和步骤推演。特别是关于接触算法的优化策略部分，他不仅介绍了主流方法，还深入剖析了它们在处理高摩擦、大变形情况下的局限性，这一点非常实用，对于实际工程应用者来说，无疑是提供了避开“陷阱”的指南。我甚至花了一个下午，专门对照书中的一个三维模型算例，试图在自己的软件环境中复现其结果，那种心流体验，是久违的学术快感。这本书的价值不在于它提供了多少标准答案，而在于它教会了读者如何以一种更批判、更深入的眼光去审视模型背后的假设与限制。对于那些想真正掌握计算精髓的人来说，这本书是绕不过去的“硬骨头”，但啃下来后收获的巨大提升，绝对物超所值。

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