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内容大纲
水力耦合分析一直是岩土工程中的热点问题，其在水利工程建设、油气开采及废料处置等常见工程中均有涉及。本书重点关注岩土体水力耦合分析面临的多相多场耦合分析、非连续表征及复杂非均质特性模拟三个主要难点，主要讨论数值流形法（NMM）和多尺度理论在水力耦合问题中的应用。对于多相多场耦合分析与非连续表征，本书论述了线弹性不可压缩变形、连续与非连续饱和Biot模型以及非饱和广义Biot的混合NMM解法。同时给出了水力耦合分析高阶NMM的构造以及骨架非线性滞回变形的模拟方法。对于复杂非均质特性模拟，本书展示了非均质孔隙介质水力耦合一阶多尺度模型的构建方式，并推导了宏观尺度切向算子的显示理论解。此外，本书还率先建立了水力耦合多尺度分析整体求解算法。作为水力耦合多尺度分析的实际应用，本书最后还研究了非均质工程材料等效水力特性评估以及非连续非均质孔隙介质动态水力特性模拟。
本书适合对多场耦合、先进数值分析以及多尺度理论有学习和研究兴趣的读者阅读。 -
作者介绍
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目录
前言
第1章 绪论
1.1 水力耦合分析数值方法
1.2 水力耦合数值分析研究进展
1.2.1 连续饱和水力耦合
1.2.2 非连续饱和水力耦合
1.2.3 非饱和岩土体水力耦合
1.3 本书的主要内容
第2章 弹性不可压缩问题
2.1 弹性不可压缩基本方程
2.2 NMM基本概念
2.2.1 覆盖系统
2.2.2 NMM函数空间
2.3 弹性不可压缩问题的NMM求解格式
2.4 数值算例
2.4.1 自由端受剪切力作用的悬臂梁
2.4.2 带圆孔的无限大板
2.4.3 Cook梁
2.4.4 顶壁驱动腔体问题
2.5 上下限数值测试
2.6 本章小结
第3章 饱和连续岩土体水力耦合问题
3.1 动力固结基本控制方程
3.2 u-w-p格式水力耦合分析空间域NMM离散
3.3 时间离散时间域Newmark离散
3.3.1 离散格式
3.3.2 NMM框架下的质量矩阵集中化
3.3.3 能量平衡条件
3.4 数值算例
iv水力耦合模拟——数值流形法与多尺度分析
3.4.1 受均布压力作用的半无限大饱和土
3.4.2 受偏斜载荷作用的饱和土基础
3.5 收敛性测试
3.6 水力耦合模拟中的闭锁问题
3.6.1 渗透性极小的方形悬臂梁
3.6.2 顶部受压的饱和黏土边坡
3.7 本章小结
第4章 饱和非连续岩土体水力耦合问题
4.1 饱和非连续水力耦合变分形式
4.2 饱和非连续岩体水力耦合分析u-w-p格式NMM离散
4.2.1 骨架位移、流体流速和孔隙压力场的NMM插值函数
4.2.2 位移扩展格式的ND5W5P1模型
4.3 摩擦接触模型的数值实现
4.4 变分方程的完全离散格式
4.5 数值算例
4.5.1 非连续饱和岩土体动力固结分析
4.5.2 摩擦接触模型的有效性
4.5.3 水力载荷作用下饱和岩土体水力耦合分析
4.5.4 水力载荷作用下多裂纹饱和岩土的水力耦合模拟
4.6 饱和岩土体中的波传递问题
4.6.1 连续饱和岩土体
4.6.2 非连续饱和岩土体
4.7 本章小结
第5章 饱和岩土体水力耦合分析高阶NMM方案
5.1 单元T3-MINI-CNS
5.1.1 单元T3-CNS
5.1.2 单元T3-MINI-CNS及u-w-p三相场插值格式
5.2 单元T3-MINI-CNS求解弹性不可压缩问题
5.3 单元T3-MINI-CNS上下限数值测试
5.3.1 上下限测试
5.3.2 低渗透性方形孔隙介质
5.3.3 顶部受压的黏土边坡
5.4 连续饱和岩土材料动力固结
5.4.1 受均匀分布压力作用的半无限大饱和土
5.4.3 受偏斜压力作用的饱和土基础
5.5 非连续饱和岩土体水力耦合分析
5.5.1 非连续饱和岩土体动力固结
5.5.2 摩擦接触模型的验证
5.5.3 偏斜压力作用下的非连续饱和土基础
5.5.4 受水力载荷作用岩土体水力耦合分析
5.5.5 非连续饱和岩土体中的波传递
5.6 本章小结
第6章 三维饱和岩土体非线性水力耦合问题
6.1 三变量u-w-p格式Biot模型
6.2 结点处梯度连续的三维NMM函数空间
6.2.1 H8-CNS-NMM的权函数
6.2.2 H8-CNS-NMM的局部近似
6.2.3 H8-CNS-NMM的整体近似
6.2.4 位移、流速和孔隙压力场插值
6.3 空间和时间离散
6.4 数值算例
6.4.1 验证算例：土柱固结
6.4.2 偏斜载荷下孔隙介质的固结
6.4.3 H8-CNS-NMM水力耦合分析的稳定性
6.4.4 循环加载下的土柱固结
6.4.5 偏斜载荷下条形基础的固结
6.4.6 偏斜载荷下方形基础的固结
6.5 本章小结
第7章 非饱和岩土体水力耦合问题
7.1 基本控制方程及变分格式
7.1.1 控制方程
7.1.2 变分格式
7.2 基本场变量的NMM离散
7.3 时间离散
7.4 数值算例
7.4.1 砂柱排水
7.4.2 含竖直材料面的饱和土石混合体
7.4.3 含倾斜材料面的饱和土石混合体
7.4.4 偏斜受压的饱和土石混合体基础
vi水力耦合模拟——数值流形法与多尺度分析
7.4.5 非饱和土石混合体排水
7.4.6 降雨作用下的土石混合体边坡
7.5 本章小结
第8章 水力耦合多尺度分析基本理论
8.1 饱和孔隙介质水力耦合方程
8.2 微观初边值问题
8.2.1 微观尺度主变量的多尺度分解
8.2.2 平均梯度
8.2.3 微观尺度边界条件施加方法
8.2.4 变分一致性
8.3 宏观初边值问题
8.4 宏观尺度切向算子
8.5 接触模型
8.6 本章小结
第9章 连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析
9.1 多尺度初边值问题的离散
9.1.1 微观尺度初边值问题离散格式
9.1.2 宏观尺度初边值问题离散格式
9.2 宏观尺度切向算子的计算
9.2.1 线性边界条件
9.2.2 周期边界条件
9.3 数值算例
9.3.1 非均质土石材料的固结
9.3.2 偏斜载荷作用下非均匀孔隙介质的固结
9.3.3 冲击载荷下非均质孔隙介质的动态响应
9.4 本章小结
第10章 连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析整体求解算法
10.1 水力耦合多尺度分析交错求解算法
10.2 水力耦合多尺度分析整体求解算法
10.3 交错求解算法和整体求解算法的比较
10.4 数值算例
10.4.1 饱和非均质土石柱体的固结
10.4.2 饱和非均质土石基础的固结
10.5 本章小结
第11章 非均质孔隙介质有效水力特性的多尺度评估
11.1 水力耦合多尺度分析宏观和细观尺度问题
11.2 等效水力特性评估
11.3 数值算例
11.3.1 等效渗透系数
11.3.2 等效变形模量
11.3.3 等效Biot系数
11.4 本章小结
第12章 非连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析
12.1 细观尺度初边值问题
12.2 宏观尺度初边值问题
12.3 宏观尺度接触模型
12.4 数值算例
12.4.1 验证算例
12.4.2 液相点载荷作用下的非连续非均质孔隙介质
12.4.3 含多裂纹的非均质孔隙介质
12.4.4 冲击载荷作用下的非连续非均质孔隙介质
12.5 本章小结
参考文献
附录A
附录B
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