Plasticity and Geomechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:R. O. Davis

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2005-08-22

价格:USD 45.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521018098

丛书系列:

图书标签:

• Plasticity
• Plasticity
• Geomechanics
• Soil Mechanics
• Constitutive Modeling
• Finite Element Analysis
• Rock Mechanics
• Geotechnical Engineering
• Material Science
• Civil Engineering
• Structural Engineering

材料力学与岩石力学的前沿探索：塑性与岩体力学 《塑性与岩体力学》并非一本简要的教科书，而是一部深入剖析材料变形机制及其在地质工程领域应用的学术专著。本书凝聚了作者多年来在塑性理论、连续介质力学以及岩石力学交叉领域的研究成果与深刻洞见。其核心在于揭示物质在不同加载条件下，特别是超过弹性极限后，所展现出的复杂变形行为，并系统地将这些先进的力学概念应用于理解和预测岩石体在各种工程环境下的响应。 本书的宏大叙事始于对塑性理论基石的严谨梳理。作者并没有停留在经典的屈服准则和流动法则的陈述，而是从微观结构出发，深入探讨了金属、聚合物乃至更复杂的非金属材料（如岩石）的塑性变形源头。例如，在金属塑性部分，作者详细阐述了位错理论的演进，从早期对滑移系统的描述，到现代对位错相互作用、缠结以及动态再结晶等过程的量化分析。这部分内容不仅为后续的宏观塑性模型奠定了坚实的理论基础，也为理解材料在加工成形过程中微观结构的变化提供了深刻的视角。 随后，作者将目光转向了更具挑战性的问题——岩石的塑性行为。岩石作为一种天然存在的、由多种矿物组成的非均质、各向异性材料，其变形过程远比均质金属复杂。本书在此领域进行了开创性的工作，通过结合先进的实验技术（如高压三轴试验、扫描电镜观察）和精细的数值模拟方法，对岩石的屈服机理进行了细致入微的刻画。书中不仅介绍了传统的莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）和德鲁克-普拉格（Drucker-Prager）等屈服准则，更重要的是，它深入探讨了这些模型的局限性，并提出了基于更精细物理机制的新型本构模型。这些模型能够更准确地捕捉岩石在不同应力状态、温度和孔隙压力下的屈服和强化/软化行为。例如，作者会详细分析岩石中的裂纹萌生、扩展和连通如何影响宏观的屈服面演化，以及孔隙压力和围压对岩石强度的协同作用。 本书的一大亮点在于其对“连续介质力学”概念在岩体力学中的应用进行了深度拓展。岩石体在宏观尺度下，尽管其微观结构复杂，但在许多工程问题中，可以被视为一种连续介质。然而，传统的连续介质模型在描述岩石的塑性行为时，往往会忽略其内在的损伤累积和断裂过程。本书通过引入损伤力学（Damage Mechanics）和断裂力学（Fracture Mechanics）的思想，将材料的退化过程融入到塑性本构模型之中。读者将看到如何建立能够描述岩石从弹性变形、塑性屈服到最终失稳破坏的完整过程的模型。这包括对损伤变量的定义、损伤演化方程的构建，以及损伤与塑性流动之间的耦合关系。这种方法使得本书能够更全面地解释诸如边坡失稳、地下洞室变形、油气藏压裂以及地热井的长期稳定性等复杂的岩土工程现象。 在数值方法方面，《塑性与岩体力学》提供了对有限元法（Finite Element Method, FEM）在处理复杂塑性岩石力学问题中的高级应用的详尽阐述。本书不仅仅是介绍标准的有限元算法，而是聚焦于如何设计和实现能够有效处理非线性、大变形以及可能存在的局部化变形（如剪切带）的数值模型。例如，作者会详细讨论网格划分策略，如何处理网格畸变，以及采用诸如更新拉格朗日（Updated Lagrangian）或真实拉格朗日（Total Lagrangian）等数值框架。此外，本书还深入探讨了如何将前述的先进塑性本构模型（包括损伤耦合模型）高效地集成到有限元求解器中，并讨论了求解这些非线性方程组的数值技巧，如牛顿-拉夫逊法（Newton-Raphson method）及其变种。对于数值稳定性和收敛性问题，本书也给出了深入的分析和实用的解决方案。 本书还特别关注了“多尺度”分析方法在岩体力学中的应用。岩石的力学行为既受微观矿物颗粒的相互作用影响，也受到宏观地质构造的控制。本书尝试在同一框架下，将微观尺度的塑性变形机制与宏观尺度的岩体行为联系起来。通过引入平均化方法（homogenization techniques）或多尺度有限元方法（multiscale FEM），作者展示了如何从微观的塑性本构模型出发，推导出宏观等效的岩体本构模型。这种方法对于理解和模拟复杂地质体的宏观响应，如大尺度断层的蠕变或地下水流对岩体稳定性的影响，具有重要的理论和实践意义。 此外，《塑性与岩体力学》也对岩石的“流变”行为给予了足够的重视。许多岩石在长期加载下会表现出随时间发展的变形，即蠕变。本书系统地阐述了各种蠕变模型，从简单的泊肃叶（Poisson）蠕变到更复杂的指数型蠕变，并将其与塑性行为相结合，建立了能够描述岩石在恒定应力下产生弹塑性蠕变的模型。这对于评估长期地下工程的变形和稳定性，如核废料储存库的长期行为，或高坝的沉降预测，至关重要。 本书并非仅仅停留于理论模型，而是强调了实验与理论、数值模拟的相互印证。作者详细介绍了在各种先进实验条件下（包括高温、高压、不同流体环境）如何获取可靠的岩石力学数据，以及如何利用这些数据来校准和验证理论模型。本书会提供详细的案例研究，展示如何将提出的理论和数值方法应用于解决实际的岩土工程问题，例如，分析深层油气藏的压裂设计，评估核废料地下处置库的长期稳定性，预测地震诱发的地质灾害，以及优化隧道掘进的支护方案。这些案例分析将极大地增强读者对抽象理论在工程实践中应用的理解。 总而言之，《塑性与岩体力学》是一部集理论深度、方法创新和应用广度于一体的力作。它不仅为材料力学和岩体力学领域的研究人员提供了新的理论工具和研究思路，也为从事岩土工程、能源工程、地下空间开发等领域的工程师提供了解决复杂问题的有力武器。本书将带领读者踏上一段深入探索物质变形奥秘的旅程，理解岩石在压力下的复杂舞蹈，并以科学的方式驾驭我们脚下的大地。

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