[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张昭，刘奉银 著

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• 非饱和土
• 水力学
• 力学特性
• 物理机制
• 土水耦合
• 土体工程
• 岩土工程
• 数值模拟
• 试验研究
• 渗透理论

店铺： 科学出版社旗舰店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030456809

商品编码：10241963194

包装：平装

开本：16

出版时间：2016-02-16

页数：148

字数：160

[按需印刷] 复杂系统建模与仿真技术前沿探索 图书简介 本书全面系统地介绍了复杂系统建模与仿真领域的前沿理论、核心技术与典型应用，旨在为相关领域的科研人员、工程师及高年级学生提供一份深入且实用的参考指南。在当前科学研究与工程实践日益依赖跨学科交叉和系统化思维的背景下，理解并掌握复杂系统的分析方法至关重要。本书聚焦于那些由大量相互作用的组分构成，展现出涌现行为和非线性特性的系统，如生态系统、社会经济网络、大型工程结构以及现代信息技术系统。 第一部分：复杂系统理论基础与建模范式 本部分奠定了复杂系统研究的理论基石，并详细阐述了构建有效模型所需遵循的基本原则和哲学思想。 第一章：复杂系统的定义、特征与研究范式 本章首先对复杂系统（Complex Systems）进行精确的界定，区分其与传统简单系统的本质区别。重点探讨复杂系统的几个核心特征：大量的相互作用单元、自组织性、非线性和涌现现象。我们深入分析了复杂性科学的哲学基础，包括还原论与整体论的辩证关系，并介绍了研究复杂系统的主要范式，如基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）、网络科学（Network Science）以及动力学系统理论在复杂性分析中的应用。内容涵盖了从元胞自动机（Cellular Automata）到非平衡态统计物理在描述复杂系统演化中的作用。 第二章：经典与新兴建模技术综述 本章系统回顾了复杂系统建模中常用的数学工具和方法。首先，详细介绍了连续系统建模的主流方法——微分方程组（常微分方程与偏微分方程），并探讨了如何利用这些方程描述系统的时间演化和空间分布。接着，重点剖析了离散建模技术，包括马尔可夫链（Markov Chains）和随机过程在描述不确定性动态中的优势。随后，本书将笔触转向新兴的建模范式，如拓扑数据分析（Topological Data Analysis, TDA）在揭示系统结构和稳定态方面的潜力，以及贝叶斯网络（Bayesian Networks）在处理因果关系和不确定性推理中的应用。章节结尾对不同建模范式（如基于第一性原理建模与数据驱动建模）的选择标准进行了比较分析。 第二章重点讨论了层次化建模的必要性，即如何从微观粒子的行为推导出宏观统计规律，反之亦然，这是处理多尺度复杂系统的关键挑战。 第二部分：仿真技术与验证评估 模型一旦建立，有效的仿真和严格的验证是获取可靠结论的必要步骤。本部分专注于仿真方法的实施细节、计算效率优化以及模型有效性的评估标准。 第三章：高效数值仿真算法与并行计算 本章深入探讨了为复杂系统仿真量身定制的数值方法。对于大规模、高维度的微分方程组，本章详细介绍了超越标准龙格-库塔方法的隐式方法、多步法及其在稳定性和刚性系统处理上的优化。针对基于主体的仿真，我们探讨了事件驱动（Event-Driven）与时间步进（Time-Stepping）策略的选择及其对仿真效率的影响。同时，鉴于现代复杂系统模型对计算资源的需求，本章投入大量篇幅讨论了如何利用图形处理器（GPU）和分布式计算集群进行模型并行化，包括数据并行、模型并行以及混合并行策略的设计与实现。 第四章：模型的验证、确认与不确定性量化（V&V&UQ） 构建复杂的仿真模型后，必须对其进行严格的科学检验。本章系统阐述了模型的“验证”（Verification，确保模型正确地实现了数学描述）和“确认”（Validation，确保模型准确反映了真实世界现象）的流程。我们介绍了多种验证技术，如软件测试、边界条件测试、以及因果关系的敏感性分析。在确认方面，重点介绍了基于历史数据拟合、交叉验证技术以及信息论指标（如AIC、BIC）在模型选择中的应用。此外，鉴于所有模型都包含不确定性，本章详细介绍了蒙特卡洛方法（Monte Carlo Methods）、概率加权平均法（PWE）在量化输入参数和模型结构不确定性对输出结果影响中的应用，确保仿真结果的置信区间具有科学意义。 第三部分：复杂系统的前沿应用案例 本部分将理论和方法论应用于具体的工程与科学领域，展示复杂系统建模与仿真在解决实际问题中的强大能力。 第五章：大型基础设施系统的鲁棒性与韧性分析 本章关注桥梁、电网、交通网络等大型基础设施系统。我们将这些系统抽象为具有依赖关系的复杂网络，并利用图论和生存分析技术来评估其在极端扰动（如自然灾害、恶意攻击）下的鲁棒性。重点在于建立动态网络模型，模拟级联失效的传播过程，并提出基于反馈控制和冗余配置的韧性提升策略。案例分析包括电网的同步振荡抑制与交通流拥堵的动态重路由机制研究。 第六章：社会经济与生态系统的多尺度耦合建模 本章探讨了跨越不同时空尺度的耦合系统，例如城市化进程对区域气候和生物多样性的反馈影响。我们详细阐述了如何构建一个将个体决策模型（经济学/社会学）与连续场模型（环境科学）相结合的跨尺度框架。内容涵盖了经济活动与污染物排放的相互作用、气候变化反馈环路对人类行为的影响，以及如何利用这种耦合模型来设计更具可持续性的政策干预措施。 第七章：智能制造与工业物联网中的系统级优化 在智能工厂和工业4.0的背景下，生产线、供应链和设备维护网络形成了一个高度复杂的适应性系统。本章探讨了如何利用混合仿真（Discrete Event Simulation与ABM的结合）来优化生产调度、预测设备故障和管理柔性制造流程。重点介绍了基于数字孪生（Digital Twin）技术的实时反馈控制机制，以及如何利用强化学习算法在仿真环境中训练出最优的调度策略，以应对动态变化的订单需求和资源约束。 结论与展望 本书最后总结了当前复杂系统建模与仿真领域面临的挑战，例如海量异构数据的处理、高保真模型的实时计算限制以及跨学科知识整合的困难。同时，对未来可能的发展方向进行了展望，特别是计算智能与物理模型深度融合的前景。 本书特色： 理论与实践紧密结合： 每个方法论章节后都附有清晰的算法描述和至少一个具体的应用实例。 前沿性强： 涵盖了网络科学、拓扑分析、数字孪生和跨尺度建模等当前研究热点。 深度与广度兼顾： 既有坚实的数学基础铺垫，又不乏对工程应用细节的深入剖析。 本书是复杂系统科学、计算物理、系统工程、环境科学及高级数据分析等领域研究人员和学生的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目，即《[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究》，听起来就非常专业，而且直击核心问题。我个人对土壤力学和水文地质学都有一些兴趣，而非饱和土可以说是连接这两个学科的一个关键且复杂的研究对象。它不像完全饱和的土体那样，水只存在于孔隙中，占据整个孔隙体积；非饱和土体的孔隙中同时存在着水和空气，而且这两相的比例在不断变化。这种“半干半湿”的状态，使得土壤的力学特性变得尤为敏感，比如其强度会随着含水量的降低而大幅提高，这与我们直观理解的“湿土松散”的概念有所不同。这本书如果能深入阐述这种“反直觉”现象背后的物理原理，那将非常有价值。我希望能在这本书中找到关于土壤水分特征曲线（SWCC）的详尽解释，以及水分迁移机制，例如毛细管作用、重力作用以及压力梯度驱动下的水分流动。同时，它可能还会探讨非饱和土在不同加载条件下的力学响应，比如固结、蠕变、以及在循环荷载作用下的行为。对于解决实际工程问题，比如地下水抽取对地层的沉降影响，或者雨水入渗对路基稳定性的影响，这本书所提供的理论基础无疑是必不可少的。

评分☆☆☆☆☆

这本《[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究》的书名，乍一看就透着一股学术研究的严谨与深度，让人不禁联想到在实验室里，科研人员一丝不苟地进行着复杂的实验，或是埋首于庞大的数据模型之中。我猜想，它一定是对非饱和土这一复杂介质的内在规律进行了细致入微的剖析。非饱和土，这个概念本身就充满了挑战，它不像饱和土那样拥有清晰的水相和固相界限，而是同时存在空气、水以及固相颗粒，这种多相耦合的特性使得其力学行为和水力行为都异常复杂。作者很可能深入探讨了土颗粒之间的接触状态、孔隙中水分和空气的分布以及它们如何协同作用，影响着土体的整体强度、变形以及水分的迁移路径。也许书中会涉及土壤的含湿量、基质势、渗透系数等关键参数，并解释这些参数在不同应力、应变条件下的变化机理。我尤其好奇，作者是如何将抽象的物理机制具象化，是否会运用一些先进的成像技术或者微观模拟方法来揭示土颗粒与流体之间的相互作用。对于一个对土力学、岩土工程，乃至环境科学领域有所涉猎的读者来说，这本书无疑提供了一个深入理解非饱和土奥秘的绝佳窗口，能够帮助我们更精准地预测和控制土体在各种工程应用中的表现，例如边坡稳定性、地下水补给、甚至污染物的迁移。

评分☆☆☆☆☆

《[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究》这个书名，给我一种它不是一本“扫盲”性质的科普读物，而是一本真正深入探究“为什么”的书。我一直觉得，很多岩土工程的难题，根源都在于我们对土壤内部物理过程理解不够透彻。非饱和土尤其如此，它的水力行为和力学行为是高度耦合的，水分含量的变化不仅仅是影响渗透性，更是直接改变了颗粒间的接触力、孔隙中的流体压力，进而影响到宏观的强度和变形。我期待这本书能够详细解析这些相互作用。比如，书中是否会从热力学角度解释非饱和土中的吸力形成机制？是否会运用连续介质力学或者颗粒流理论来模拟土颗粒在水分变化下的重排和应力传递？书中对“物理机制”的强调，让我觉得它可能不仅仅局限于理论推导，还会结合一些实验数据或者数值模拟来验证这些机制。对于我这样希望能够将理论知识应用到实际勘察设计中的读者来说，这样一本能够揭示内在机理的书，远比那些只提供经验公式的书更有帮助，它能帮助我更好地理解和分析现场遇到的复杂情况。

评分☆☆☆☆☆

我注意到《[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究》这个标题，顿时觉得这正是我一直在寻找的。非饱和土，这个概念在土壤力学领域可以说是充满了挑战性和趣味性。它不像我们通常理解的充满水的饱和土那样，有一个相对明确的物理模型，而是同时存在着水、空气和固相颗粒，而且这些相之间的相互作用极其复杂。这本书如果真的能够深入剖析其“物理机制”，那将非常有价值。我希望它能够详细解释，当土壤的含水量发生变化时，孔隙水压力、孔隙气压力以及土颗粒之间的有效应力是如何相互影响，从而导致土壤的强度和变形发生改变的。这本书会不会探讨土壤中的水分迁移过程，比如毛细管现象、蒸发、以及在压力梯度驱动下的渗流？这些过程的理解对于预测土壤在不同气候条件下的行为，例如干旱或潮湿环境下的稳定性，至关重要。我也期待书中能够提供一些分析方法，能够帮助我们量化这些物理机制的影响，从而更好地进行工程设计，比如在边坡工程、地基处理、以及水土保持等领域。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找关于非饱和土深入研究的书籍，偶然看到了《[按需印刷] 非饱和土水力与力学特性的物理机制研究》这个标题。老实说，这个书名本身就给我一种“硬核”的感觉，但同时也激起了我极大的好奇心。非饱和土的复杂性早已是岩土工程界的一大难题，它的行为不像饱和土那样相对容易预测，很多时候会因为水分含量的微妙变化而表现出截然不同的力学特性，比如有效应力的计算方式就大不相同。我非常期待这本书能够清晰地阐述清楚“为什么”会这样，而不是仅仅罗列公式和试验结果。作者是否能够深入到颗粒层面，解释土壤颗粒间的孔隙结构、表面张力在水-气-固三相界面上的作用，以及这些微观因素如何宏观地影响了土体的抗剪强度、压缩性和渗透性？例如，基质吸力是如何产生的，它又如何与总应力一同构成有效应力，从而支配土体的变形？书中是否会详细介绍诸如气阻效应、毛细现象、以及水分的蒸发和凝结等物理过程，并且量化它们对土力学性质的影响？对于工程师而言，理解这些机制至关重要，因为很多工程项目，如路基、堤坝、隧道等，都不可避免地会遇到非饱和土。只有掌握了其深层的物理机制，才能更有效地进行设计和施工，避免潜在的风险，确保工程的安全与长久。