Applications of Computational Mechanics in Geotechnical Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sousa, L. R. (EDT)/ Fernandes, M. M. (EDT)/ Vargas, E. A. (EDT)/ Azevedo, R. F. (EDT)

出品人:

页数:524

译者:

出版时间:2007-4

价格:$ 259.84

装帧:

isbn号码:9780415437899

丛书系列:

图书标签:

• 计算力学
• 岩土工程
• 数值方法
• 有限元
• 边界元
• 离散元
• 土力学
• 地基处理
• 边坡稳定
• 地下工程

岩土工程中的计算力学应用：理论、方法与案例研究 图书内容概述 本书深入探讨了计算力学在现代岩土工程领域中的核心应用，旨在为岩土工程师、研究人员和高级学生提供一个全面且实用的参考指南。全书聚焦于如何利用先进的数值模拟技术，解决岩土工程中复杂的本构关系、应力-应变分析、变形预测以及失效评估等关键问题。本书内容结构严谨，从基础理论的阐述到具体工程案例的剖析，层层递进，力求体现计算力学在岩土工程实践中的强大潜力。 第一部分：岩土力学基础与数值方法的理论框架 本部分为后续深入应用奠定坚实的理论基础。首先，详细回顾了经典岩土材料（如土体和岩石）的宏观和微观力学特性，包括黏土、砂土、岩体结构的面内和面外特性。重点讲解了重要的本构模型，如摩尔-库仑准则、Drucker-Prager模型、Hardening Soil模型（HS）以及考虑应变率效应的粘塑性模型。 随后，系统介绍了数值模拟方法在岩土工程中的应用基础。核心内容集中在有限元法（FEM）、有限差分法（FDM）和离散元法（DEM）的数学原理及其在求解偏微分方程中的应用。对于有限元法，书中详述了单元选择（如三角形、四边形、棱柱体单元）、网格划分的敏感性分析以及边界条件和初始条件的设定，强调了网格质量对计算结果准确性的决定性影响。在引入离散元法时，则侧重于其在模拟颗粒介质的非连续性特征、应力传递路径以及宏观力学行为演化方面的独特优势。 第二部分：关键岩土工程问题的数值模拟 本部分将理论方法应用于实际的工程挑战，是本书的核心应用篇章。 深基坑工程的稳定性分析： 详细阐述了基坑开挖过程中的土体卸荷效应、支护结构与土体的相互作用（Soil-Structure Interaction, SSI）。内容涵盖了瞬态与固结不排水（UDS）分析的切换机制、地下水位的变化对有效应力的影响，以及如何利用数值模型预测墙体变形、底部隆起和基底沉降。书中特别引入了考虑支护结构柔度变化的迭代分析方法。 边坡稳定与灾害预测： 重点分析了边坡失稳的多种模式，包括浅层滑坡、深层滑动和岩质边坡的块体运动。数值模拟部分侧重于确定极限平衡状态，并超越传统的极限平衡法（LEM），利用强度折减有限元法（Strength Reduction Finite Element Method, SRFEM）来直接计算安全系数，并识别潜在的滑动面。对于复杂地质条件下的边坡，探讨了渗透性差异和地震荷载作用下的动力响应分析。 隧道与地下结构动力响应： 本章深入研究了隧道穿越不同岩性地层时的掘进影响，包括对既有结构和地表的扰动预测。计算模拟聚焦于围岩的塑性区扩展、支护系统的应力分布，以及如何通过数值模型优化衬砌设计。在动力分析方面，详细解析了地震波在土体中的传播机制、隧道与周围土体的耦合振动，以及如何评估地震作用下隧道衬砌的损伤程度。 基础沉降与地基承载力评估： 针对浅基础和深基础（如桩基础）的设计，本书提供了基于非线性分析的沉降预测方法。内容包括考虑土体非均匀性对沉降差异的影响、桩-土摩擦力的精确计算，以及大跨度结构下桩筏基础的群桩效应分析。对于软土地基处理，如真空预压、注浆加固等，书中展示了如何通过模拟材料强度的逐步提高来验证加固效果。 第三部分：高级计算技术与新兴领域 本部分聚焦于推动岩土工程计算模拟向前发展的先进技术和新兴交叉领域。 渗流-固结耦合分析： 详细讨论了水、孔隙水压力和应力状态三者之间的耦合作用。内容包括Terzaghi固结理论的有限元表述、渗透系数的各向异性处理，以及在软土地基加固、地下水库渗漏等问题中的应用。重点强调了固结过程中的时间依赖性响应模拟。 离散元法（DEM）与离散-有限元耦合（DEM-FEM）： 深入探讨了DEM在模拟岩土材料微观结构，如颗粒破碎、剪胀性、以及非连续面（如节理、裂隙）力学行为中的优势。此外，详细介绍了DEM-FEM耦合技术，该技术允许在同一模型中同时处理连续介质区域（如衬砌、较厚的土层）和颗粒/非连续介质区域（如岩体基质、破碎带），从而提高对复杂岩土体相互作用的模拟精度。 地震岩土工程的非线性动力分析： 超越传统的等效线性分析，本章展示了如何应用先进的土体本构模型（如泡沫土模型或考虑超固结历史的模型）进行全非线性动力响应分析。内容包括场地效应分析、液化判别、以及地震作用下边坡和挡土墙的永久变形预测。 模型率定、不确定性分析与验证： 强调了数值模拟的可靠性依赖于输入参数的准确性。本章系统介绍了如何通过室内试验数据和现场监测数据对数值模型进行参数率定（Calibration）。同时，引入了概率岩土工程（Probabilistic Geotechnics）的概念，讨论了蒙特卡洛模拟和随机有限元方法在评估工程风险和不确定性下的决策支持中的作用。 结论与展望： 总结了计算力学在当前岩土工程设计和施工控制中的关键价值，并对未来发展趋势进行了展望，包括高精度三维建模、多尺度模拟以及人工智能与计算力学模型的融合应用。 目标读者 本书适合岩土工程、土木工程、水利工程及相关领域的硕士和博士研究生、高校教师，以及在设计院、施工单位和科研机构工作的岩土工程师和结构工程师。阅读本书需要具备土力学、材料力学和数值分析的基础知识。

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