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内容简介

　　《岩石力学与工程研究著作丛书：高堆石坝变形宏细观机制与数值模拟》以高堆石坝变形宏细观机制与全过程控制为主题，重点阐述高堆石坝变形宏细观机制与全过程控制理论与方法，提出堆石体材料细观结构特征的精细化描述方法、细观变形演化过程的组构分析方法、考虑细观劣化效应的堆石体材料宏观演化模型、堆石体细观随机颗粒不连续变形分析方法、基于连续-离散耦合的堆石颗粒体破碎和细观流变数值模拟技术、堆石料缩尺效应的细观机理以及基于流固耦合效应的心墙堆石料细观变形模拟方法，建立了高堆石坝结构变形分析的大型FEM/DEM耦合数值分析平台，依托高堆石坝工程，从堆石体材料的结构特征、力学性能和工程特性等多角度提出了高堆石坝全过程动态预测与反馈分析相结合的变形预测和控制方法。在论述高堆石坝变形宏细观机制与全过程控制及数值模拟方面，既以作者及团队的研究成果为主，又力图兼顾国内外的研究现状与主要成果。
　　《岩石力学与工程研究著作丛书：高堆石坝变形宏细观机制与数值模拟》适用于水利、水电、岩土等行业从事水工结构和岩土力学的科研人员使用，也可作为高等院校和科研院所相关专业的研究生教学用书。

内页插图

目录

《岩石力学与工程研究著作丛书》序
《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话
序
前言

第1章 绪论
1．1 研究对象及研究意义
1．2 研究现状及发展趋势
1．2．1 堆石体结构与细观组构模型研究
1．2．2 堆石体细观力学特性及细观变形机理研究
1．2．3 堆石体细观变形演化过程的数值模拟方法研究
1．2．4 堆石体流变变形机理研究
1．2．5 堆石体尺寸效应研究
1．3 研究内容、技术路线与研究方法
1．3．1 研究内容与技术路线
1．3．2 研究方法
参考文献

第2章 堆石体材料结构特性的精细化描述与组构分析方法
2．1 堆石体材料结构特性的精细化描述
2．2 堆石体材料颗粒集合体的组构分析方法
2．3 加载引起的细观组构演化规律
2．3．1 配位数
2．3．2 组构各向异性
2．3．3 颗粒空间排列
2．4 小结
参考文献

第3章 堆石体材料的随机颗粒不连续变形分析方法
3．1 三维随机多面体颗粒生成算法
3．2 三维颗粒的接触检索
3．2．1 遍历式接触检索算法
3．2．2 基于二叉树的颗粒接触检索算法
3．2．3 基于映射网格的颗粒接触检索算法
3．2．4 基于排序的颗粒接触检索算法
3．2．5 Munjiza-NBS接触检索算法
3．2．6 公共面接触检索方法
3．3 连续一离散耦合分析方法
3．3．1 接触模型与接触力分析
3．3．2 可变形颗粒的本构模型与节点力
3．3．3 节点动力平衡方程
3．4 颗粒破碎的模拟
3．4．1 基于内聚力模型的颗粒破碎模拟方法
3．4．2 基于通用岩石劣化模型的颗粒破碎模拟方法
3．5 小结
参考文献

第4章 考虑时间效应的堆石体流变变形的细观数值模拟方法
4．1 堆石体流变机理与劣化效应
4．2 基于黏结损伤模型的堆石体流变在离散元中的实现
4．2．1 损伤度在离散元中的模拟方法
4．2．2 流变时间的模拟方法
4．2．3 堆石体双轴流变数值试验
4．3 基于颗粒劣化效应的堆石体流变在SGDD中的实现
4．3．1 强度劣化模型
4．3．2 流变在SGDD方法中的实现
4．3．3 堆石体三轴流变数值试验
4．4 双江口300m级心墙堆石坝工程实例应用
4．4．1 工程概况及研究内容
4．4．2 堆石体流变变形机理的组构研究成果
4．4．3 计算条件和三维有限元模型
4．4．4 考虑流变效应的双江口应力变形分析（E-B模型）
4．5 小结
参考文献

第5章 考虑流固耦合效应的堆石体应力变形细观数值模拟方法
5．1 水力劈裂
5．2 颗粒离散元流固耦合的计算方法
5．2．1 基本原理
5．2．2 流体计算
……

第6章 基于细观数值试验的高堆石坝宏细观变形机制研究
第7章 高堆石坝瞬变-流变联合反演平台
第8章 堆石料缩尺效应研究

前言/序言

　　我国是当今世界高坝建设的中心，堆石坝具有取材方便、地形适应性强等优点，是三大主流坝型之一。目前在建和拟建坝高超过200m的堆石坝已达数十座，超出了现行规范的适用范围。对筑坝颗粒材料的力学特性认识不足已成为制约堆石坝建设和颗粒力学发展的瓶颈。2009年，美国科学院认为“颗粒力学”是未来10年力学面对的重大挑战，2014年中国科学院将它列为力学学科的6个基础与前沿领域之一。因此，开展高堆石坝筑坝颗粒材料力学特性研究具有重要理论意义和应用价值。笔者所在的研究团队涉及高堆石坝筑坝颗粒材料宏细观力学特性等基础研究问题多年，结合水布垭、双江口、茨哈峡等多个重大水电工程，以及国家自然科学基金优秀青年科学基金项目“水工结构静动力性能分析与控制”，国家自然科学基金面上项目“考虑流变和HM耦合效应的高土石坝心墙细观破坏机理研究”、“高堆石坝流变的细观组构机理研究”，国家自然科学基金青年科学项目“高堆石坝流变模型理论及变形控制研究”，中国工程科技中长期发展战略研究联合基金项目“300m级面板堆石坝适应性及对策研究”，中国水电顾问集团科技攻关项目“300m级高面板堆石坝安全性及关键技术研究”，教育部新世纪优秀人才支持计划“复杂条件下堆石体细观变形机理及宏观变形调控方法研究”，高等学校博士学科点专项科研基金项目“堆石体宏细观变形演化过程的多尺度力学模型及数值模拟”等十余项科研项目。采用理论研究与工程实践相结合、细观机理研究与宏观等效描述相结合、数值模拟与试验验证相结合、大坝施工期变形预测与运行期的工作性态评价相结合、从设计阶段和施工阶段到运行阶段多种坝体变形控制技术相结合以及多学科交叉的研究方法，围绕堆石体变形的宏细观、非线性和全过程等特征，针对堆石体细观变形机理、堆石坝宏观变形预测以及变形控制等关键技术难题，系统开展了筑坝颗粒材料宏细观力学特性、数值分析方法和全生命周期变形控制研究，建立了基于力学性能演化规律和宏细观变形机制的堆石体变形控制理论。本书是对研究团队在这一领域系列研究成果的系统介绍和阶段总结。
　　本书分为8章，第1章介绍堆石坝筑坝颗粒材料的研究现状、发展趋势、研究内容及研究方法；第2章论述堆石体材料结构特性的精细化描述与组构分析方法；第3章论述堆石体材料的随机颗粒不连续变形分析方法；第4、5章论述堆石体应力变形细观数值模拟方法，包括考虑时间效应的堆石体流变数值模拟和考虑流固耦合效应的数值模拟；第6章论述基于细观数值试验的高堆石坝宏细观变形机制研究；第7章论述高堆石坝瞬变一流变联合反演平台；第8章论述堆石料缩尺效应研究。
　　作者所在研究团队的刘杏红博士、程勇刚博士，以及博士研究生胡超、杨利福、李少林、袁薇、马幸等提供了部分素材和诸多帮助，并付出了辛勤劳动，在此一并表示衷心感谢。
　　最后还要感谢国家自然科学基金委员会、长江勘测规划设计研究院、中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司、中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司、贵州省水利水电勘测设计研究院、中国水利水电建设工程咨询公司、湖北清江水电开发有限责任公司、国电大渡河流域水电开发有限公司、华能澜沧江水电有限公司等单位在本书的应用研究方面所给予的大力支持！
　　由于作者水平和经验有限，不足之处在所难免，敬请同行和读者批评指正。
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