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岩土颗粒材料的连续离散耦合数值模拟

岩土颗粒材料的连续离散耦合数值模拟
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作者: , ,
出版社: 科学出版社
2021-05
版次: 1
ISBN: 9787030688446
定价: 188.00
装帧: 精装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 224页
字数: 344.000千字
分类: 工程技术
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  • 看似简单的颗粒材料，却能够表现出远比固体、流体更复杂的物理力学特性，如压硬性、剪胀性、各向异性、路径相关性等。这些复杂的物理力学特性与其离散性、多尺度和能量耗散机制有关。岩土工程、水利工程、道路桥梁工程等的附存环境或建筑材料中相当大一部分是由离散形式的颗粒材料组成，如砂土、碎石、粗粒土等，可统称为岩土颗粒材料。岩土颗粒材料的力学特性直接影响堆石坝、堤防、地（路）基等工程的设计、施工和运行，因此受到广泛关注。《岩土颗粒材料的连续离散耦合数值模拟》以水利工程、岩土工程中的岩土颗粒材料为研究对象，针对其形状不规则、易破碎的特点，建立基于连续离散耦合分析方法的岩土颗粒材料细观数值模拟方法，系统开展颗粒动静态破碎、颗粒形状表征和集合体细观数值试验研究。 目录

    第1章 连续离散耦合分析方法 1 

    1.1 接触力模型 2 

    1.1.1 接触问题的一般描述 2 

    1.1.2 二维情况下的接触力计算 3 

    1.1.3 三维情况下的接触力计算 6 

    1.1.4 线性接触模型 9 

    1.2 接触检索 10 

    1.3 颗粒变形 13 

    1.3.1 应力应变关系 13 

    1.3.2 动力平衡方程 17 

    1.3.3 显式时域积分 20 

    1.4 本章小结 20

    参考文献 21 

    第2章 颗粒形状和颗粒破碎 23 

    2.1 随机多面体颗粒 24 

    2.2 三维激光扫描颗粒 25 

    2.3 颗粒形状表征 27 

    2.4 内聚力开裂模型 30 

    2.4.1 裂纹起裂准则 32 

    2.4.2 裂纹扩展准则 34 

    2.5 本章小结 36

    参考文献 36 

    第3章 单颗粒的破碎特性 39 

    3.1 真实形状颗粒破碎模拟 40 

    3.1.1 颗粒形状数据库 40 

    3.1.2 单颗粒压缩试验 42 

    3.1.3 开裂和破碎模式 43 

    3.1.4 颗粒破碎强度统计 46 

    3.1.5 颗粒碎片质量分布 48 

    3.2 颗粒破碎强度的尺寸效应 49 

    3.2.1 尺寸效应研究进展 49 

    3.2.2 颗粒压缩试验 50 

    3.2.3 界面强度的敏感性 51 

    3.2.4 破碎强度的统计分析 53 

    3.3 局部约束模式对颗粒破碎的影响 54 

    3.3.1 颗粒局部约束模式 54 

    3.3.2 多约束颗粒压缩试验 56 

    3.3.3 破碎模式和破碎强度 60 

    3.4 本章小结 63

    参考文献 64 

    第4章 单颗粒的冲击破碎特性 71 

    4.1 冲击碎片形状与分形特性 72 

    4.1.1 冲击破碎研究进展 72 

    4.1.2 单颗粒冲击试验 73 

    4.1.3 破碎模式和碎片统计 77 

    4.2 不同断裂机制对冲击破碎的影响 85 

    4.2.1 冲击破碎模拟 85 

    4.2.2 损伤-碎裂相变 88 

    4.2.3 开裂模式 89 

    4.2.4 碎片统计分布 92 

    4.3 无序性对脆性材料冲击破碎的影响 95 

    4.3.1 颗粒无序性 95 

    4.3.2 颗粒冲击试验 96 

    4.3.3 破碎模式与碎片统计 96 

    4.3.4 无序性影响机制 100 

    4.4 本章小结 102

    参考文献 103 

    第5章 考虑颗粒破碎的岩土颗粒材料宏细观力学特性 111 

    5.1 颗粒破碎的力学机制 112 

    5.2 三轴压缩数值试验 112 

    5.3 颗粒破碎对宏细观力学特性的影响 113 

    5.3.1 宏观力学特性 113 

    5.3.2 围压影响 116 

    5.3.3 破碎强度影响 119 

    5.3.4 能量耗散 120 

    5.4 本章小结 122

    参考文献 123 

    第6章 复杂加载路径下的堆石体宏细观力学特性 125 

    6.1 真三轴数值试验 126 

    6.1.1 数值试样 126 

    6.1.2 细观参数 128 

    6.1.3 应力应变不变量 129 

    6.2 数值试验验证 130 

    6.2.1 常规三轴应力路径试验 130 

    6.2.2 常规加卸载应力路径试验 131 

    6.3 等静水压力等中主应力系数的应力路径的三轴试验 132 

    6.3.1 加载路径 132 

    6.3.2 宏观力学响应 133 

    6.3.3 剪胀特性 138 

    6.3.4 三维强度准则 140 

    6.3.5 细观组构信息 147 

    6.4 等比例应变路径试验 156 

    6.4.1 材料失稳 156 

    6.4.2 加载路径 158 

    6.4.3 宏观力学响应 160 

    6.4.4 细观组构信息 164 

    6.5 本章小结 176

    参考文献 177 

    第7章 考虑颗粒延迟破碎的堆石体流变特性 181 

    7.1 堆石体流变机理 182 

    7.2 颗粒的延迟破碎 183 

    7.2.1 亚临界裂纹扩展理论 183 

    7.2.2 颗粒强度劣化模型 184 

    7.2.3 流变时间策略 188 

    7.3 堆石体流变数值试验 189 

    7.3.1 双轴流变数值试验 189 

    7.3.2 颗粒强度劣化模型验证 190 

    7.3.3 参数敏感性分析 192 

    7.3.4 细观组构信息 194 

    7.4 堆石体的流变特性 196 

    7.4.1 风化侵蚀和循环加载的影响 196 

    7.4.2 堆石体流变的应力历史依赖性 198 

    7.5 本章小结 200

    参考文献 201 

    第8章 基于分形理论的堆石料级配优化 203 

    8.1 分形理论及其在岩土工程中的应用 204 

    8.2 颗粒粒径-质量分形模型 204 

    8.3 堆石料的级配分形特性 206 

    8.3.1 原型级配分形 206 

    8.3.2 室内试验级配分形 208 

    8.3.3 单颗粒破碎分形 211 

    8.4 堆石料压实度试验 212 

    8.5 三轴剪切数值试验 214 

    8.5.1 常规三轴数值试验 214 

    8.5.2 宏观力学特性 215 

    8.5.3 细观组构信息 217 

    8.6 级配评价指标 222 

    8.7 本章小结 223

    参考文献 224
  • 内容简介:
    看似简单的颗粒材料，却能够表现出远比固体、流体更复杂的物理力学特性，如压硬性、剪胀性、各向异性、路径相关性等。这些复杂的物理力学特性与其离散性、多尺度和能量耗散机制有关。岩土工程、水利工程、道路桥梁工程等的附存环境或建筑材料中相当大一部分是由离散形式的颗粒材料组成，如砂土、碎石、粗粒土等，可统称为岩土颗粒材料。岩土颗粒材料的力学特性直接影响堆石坝、堤防、地（路）基等工程的设计、施工和运行，因此受到广泛关注。《岩土颗粒材料的连续离散耦合数值模拟》以水利工程、岩土工程中的岩土颗粒材料为研究对象，针对其形状不规则、易破碎的特点，建立基于连续离散耦合分析方法的岩土颗粒材料细观数值模拟方法，系统开展颗粒动静态破碎、颗粒形状表征和集合体细观数值试验研究。
  • 目录:
    目录

    第1章 连续离散耦合分析方法 1 

    1.1 接触力模型 2 

    1.1.1 接触问题的一般描述 2 

    1.1.2 二维情况下的接触力计算 3 

    1.1.3 三维情况下的接触力计算 6 

    1.1.4 线性接触模型 9 

    1.2 接触检索 10 

    1.3 颗粒变形 13 

    1.3.1 应力应变关系 13 

    1.3.2 动力平衡方程 17 

    1.3.3 显式时域积分 20 

    1.4 本章小结 20

    参考文献 21 

    第2章 颗粒形状和颗粒破碎 23 

    2.1 随机多面体颗粒 24 

    2.2 三维激光扫描颗粒 25 

    2.3 颗粒形状表征 27 

    2.4 内聚力开裂模型 30 

    2.4.1 裂纹起裂准则 32 

    2.4.2 裂纹扩展准则 34 

    2.5 本章小结 36

    参考文献 36 

    第3章 单颗粒的破碎特性 39 

    3.1 真实形状颗粒破碎模拟 40 

    3.1.1 颗粒形状数据库 40 

    3.1.2 单颗粒压缩试验 42 

    3.1.3 开裂和破碎模式 43 

    3.1.4 颗粒破碎强度统计 46 

    3.1.5 颗粒碎片质量分布 48 

    3.2 颗粒破碎强度的尺寸效应 49 

    3.2.1 尺寸效应研究进展 49 

    3.2.2 颗粒压缩试验 50 

    3.2.3 界面强度的敏感性 51 

    3.2.4 破碎强度的统计分析 53 

    3.3 局部约束模式对颗粒破碎的影响 54 

    3.3.1 颗粒局部约束模式 54 

    3.3.2 多约束颗粒压缩试验 56 

    3.3.3 破碎模式和破碎强度 60 

    3.4 本章小结 63

    参考文献 64 

    第4章 单颗粒的冲击破碎特性 71 

    4.1 冲击碎片形状与分形特性 72 

    4.1.1 冲击破碎研究进展 72 

    4.1.2 单颗粒冲击试验 73 

    4.1.3 破碎模式和碎片统计 77 

    4.2 不同断裂机制对冲击破碎的影响 85 

    4.2.1 冲击破碎模拟 85 

    4.2.2 损伤-碎裂相变 88 

    4.2.3 开裂模式 89 

    4.2.4 碎片统计分布 92 

    4.3 无序性对脆性材料冲击破碎的影响 95 

    4.3.1 颗粒无序性 95 

    4.3.2 颗粒冲击试验 96 

    4.3.3 破碎模式与碎片统计 96 

    4.3.4 无序性影响机制 100 

    4.4 本章小结 102

    参考文献 103 

    第5章 考虑颗粒破碎的岩土颗粒材料宏细观力学特性 111 

    5.1 颗粒破碎的力学机制 112 

    5.2 三轴压缩数值试验 112 

    5.3 颗粒破碎对宏细观力学特性的影响 113 

    5.3.1 宏观力学特性 113 

    5.3.2 围压影响 116 

    5.3.3 破碎强度影响 119 

    5.3.4 能量耗散 120 

    5.4 本章小结 122

    参考文献 123 

    第6章 复杂加载路径下的堆石体宏细观力学特性 125 

    6.1 真三轴数值试验 126 

    6.1.1 数值试样 126 

    6.1.2 细观参数 128 

    6.1.3 应力应变不变量 129 

    6.2 数值试验验证 130 

    6.2.1 常规三轴应力路径试验 130 

    6.2.2 常规加卸载应力路径试验 131 

    6.3 等静水压力等中主应力系数的应力路径的三轴试验 132 

    6.3.1 加载路径 132 

    6.3.2 宏观力学响应 133 

    6.3.3 剪胀特性 138 

    6.3.4 三维强度准则 140 

    6.3.5 细观组构信息 147 

    6.4 等比例应变路径试验 156 

    6.4.1 材料失稳 156 

    6.4.2 加载路径 158 

    6.4.3 宏观力学响应 160 

    6.4.4 细观组构信息 164 

    6.5 本章小结 176

    参考文献 177 

    第7章 考虑颗粒延迟破碎的堆石体流变特性 181 

    7.1 堆石体流变机理 182 

    7.2 颗粒的延迟破碎 183 

    7.2.1 亚临界裂纹扩展理论 183 

    7.2.2 颗粒强度劣化模型 184 

    7.2.3 流变时间策略 188 

    7.3 堆石体流变数值试验 189 

    7.3.1 双轴流变数值试验 189 

    7.3.2 颗粒强度劣化模型验证 190 

    7.3.3 参数敏感性分析 192 

    7.3.4 细观组构信息 194 

    7.4 堆石体的流变特性 196 

    7.4.1 风化侵蚀和循环加载的影响 196 

    7.4.2 堆石体流变的应力历史依赖性 198 

    7.5 本章小结 200

    参考文献 201 

    第8章 基于分形理论的堆石料级配优化 203 

    8.1 分形理论及其在岩土工程中的应用 204 

    8.2 颗粒粒径-质量分形模型 204 

    8.3 堆石料的级配分形特性 206 

    8.3.1 原型级配分形 206 

    8.3.2 室内试验级配分形 208 

    8.3.3 单颗粒破碎分形 211 

    8.4 堆石料压实度试验 212 

    8.5 三轴剪切数值试验 214 

    8.5.1 常规三轴数值试验 214 

    8.5.2 宏观力学特性 215 

    8.5.3 细观组构信息 217 

    8.6 级配评价指标 222 

    8.7 本章小结 223

    参考文献 224
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