灾害环境下重大工程安全性的基础研究PDF电子书下载

《岩石力学与工程研究著作丛书》序 1

《岩石力学与工程研究著作丛书》编者的话 1

前言 1

第1章 地质赋存环境与地质灾害成因 1

1.1 引言 1

1.1.1 地质灾害及其所赋存地质环境研究的意义 1

1.1.2 地质灾害的共性及差异性问题 3

1.1.3 关于地质灾害防治对策的思考 4

1.1.4 科学问题与研究方法 5

1.2 中国西部地质背景概述 7

1.2.1 中国西部大地构造单元的简述 7

1.2.2 藏东南地质灾害及其地质背景 8

1.2.3 地质背景与自然环境的基础地位 15

1.3 中国大陆浅层地壳实测地应力分布规律研究 16

1.3.1 以往研究的概述 16

1.3.2 垂直应力随埋深的分布规律 17

1.3.3 水平主应力随埋深的分布规律 18

1.3.4 不同岩性地应力分布规律的统计分析 21

1.4 川藏公路八宿—林芝段地质灾害成因和防治对策 27

1.4.1 研究意义 28

1.4.2 研究方法和技术路线 28

1.4.3 地质灾害发生机理分析和研究区的工程地质分区 29

1.4.4 地质灾害熵概念的提出及其在然乌一东久段地质灾害评价中的应用 42

1.4.5 八宿—林芝段滚石灾害的工程地质分区与风险分析 48

1.4.6 面状碎屑流（溜砂坡）的成灾模式分析 62

1.4.7 102滑坡隧道避滑对策的研究 66

1.5 南水北调西线一期工程区地质灾害信息数据库和电子图系 75

1.5.1 南水北调西线一期工程区的概况 75

1.5.2 ArcGis8.3介绍及系统设计原则 76

1.5.3 数据库建库方法 77

1.5.4 图层划分 79

1.5.5 数据库管理系统设计与开发 79

1.6 金沙江上游泥石流灾害的空间分布及其成因研究 80

1.6.1 研究背景 81

1.6.2 研究区域概况 81

1.6.3 泥石流的空间分布 82

1.6.4 古泥石流的沉积特征 85

1.6.5 年代学研究 88

1.6.6 结论与讨论 90

1.7 紫坪铺库区断层分布规律统计分析 90

1.7.1 研究背景 90

1.7.2 地质概况 91

1.7.3 断层分布规律统计分析 91

1.7.4 主要结论 94

1.8 重大地质工程三维建模可视化分析 94

1.8.1 复杂地质条件下三维地质建模方法 94

1.8.2 信息集成管理与可视化分析系统开发及在龙滩水电站的应用 97

1.9 关于滑坡降雨预报方法的研究 98

1.9.1 问题的提出 98

1.9.2 由外因（降雨）预测预报滑坡的哲学依据 99

1.9.3 “由天预报地”的若干思考 100

1.9.4 滑坡预测预报的概率模型 102

1.9.5 基于双因素分级叠合的降雨型滑坡时空预报方法 103

1.9.6 可用于“由天预报地”的移动电话网络技术 108

1.10 边坡治理新技术研究 108

参考文献 112

第2章 内外动力耦合作用下地质灾害演化机制及应用 120

2.1 引言 120

2.2 滑坡的时空分布与内外动力作用的关系 123

2.2.1 内外动力藕合的区域地质环境 123

2.2.2 滑坡空间分布特征 127

2.2.3 滑坡时间分布特征 128

2.2.4 滑坡灾害与地球内外动力作用的关系 129

2.3 滑坡滑带的形成与内外动力作用关系 130

2.3.1 大型滑坡滑带的发育特征 131

2.3.2 滑带形成演化的阶段性 132

2.3.3 滑带形成演化过程与模式 132

2.3.4 滑带形成演化过程中的内外动力藕合机制 137

2.4 基于内外动力藕合作用的滑坡危险性区划 141

2.4.1 自然斜坡结构探测、地质力学机制与稳定性 141

2.4.2 自然斜坡变形破坏的内外动力学因子 147

2.4.3 FCJ-GIS内外动力区划模型及斜坡灾害危险度评价方法 149

2.5 典型滑坡发育演化史及其稳定性分析方法 153

2.5.1 古滑坡发育演化的历史地质分析方法 153

2.5.2 新生型水库滑坡的成因机制与判别方法 156

2.5.3 蓄水-降雨联合作用下滑坡稳定性分析方法 158

2.5.4 基于强度折减的滑坡稳定性三维分析方法 162

2.6 堆积层滑坡体的工程地质力学特性研究 170

2.6.1 堆积体的成因类型和分类 170

2.6.2 土石混合体力学特性的试验研究 174

2.6.3 土石混合体力学特性的数值分析 176

2.6.4 工程应用—土石混合体滑坡稳定性分析 180

参考文献 182

第3章 不同尺度地质体力学特性及力学行为研究 185

3.1 地质体及其基本特性 185

3.2 两类地质体特性的主要描述方法 187

3.2.1 岩体力学主要特性 187

3.2.2 土石混合体力学特性 189

3.3 描述地质体的力学模型 190

3.3.1 刚性块体面-面接触模型 190

3.3.2 规则可变形、可断裂块体模型 198

3.3.3 任意可变形块体模型 208

3.3.4 多尺度离散元计算方法及不同尺度地质体间相互作用方式 213

3.3.5 裂隙网络渗流模型 239

3.4 地质体力学模型的典型应用 245

3.4.1 土石混合体非均匀材料的计算方法 245

3.4.2 基于波动理论与物探技术的地质体力学特性探测方法 264

3.4.3 节理动态闭合变形性质及应力波在节理处的传播特性研究 277

3.4.4 节点位置随机模型及应用 285

参考文献 302

第4章 多场藕合作用下岩土力学特性与模型及应用 303

4.1 引言 303

4.2 多场耦合作用下岩土力学特性试验研究 303

4.2.1 高温高压强渗透作用下岩石力学特性研究 304

4.2.2 低温作用下岩石力学特性研究 307

4.2.3 水及化学腐蚀作用下岩石力学特性研究 316

4.2.4 岩石流变特性研究 322

4.2.5 冻土的力学特性研究 325

4.3 裂隙岩体渗流特性研究 330

4.3.1 法向应力作用下粗糙裂隙渗流特性研究 331

4.3.2 三维应力作用下裂隙岩体渗流特性实验研究 332

4.3.2 裂隙岩体渗流特性现场测试与分析 335

4.4 多场藕合模型及作用机理研究 339

4.4.1 低温岩体温度场、渗流场与应力场藕合的数学模型 340

4.4.2 考虑渗流与应力场的岩石耦合损伤统计本构模型 343

4.4.3 考虑温度与应力场及渗流场的多场藕合模型研究 356

4.4.4 岩石非线性流变本构模型的建立 359

4.5 多场耦合作用对工程稳定性影响的研究 361

4.5.1 寒区输气管道冻结问题分析 361

4.5.2 昆仑山隧道浅埋段稳定性分析 363

4.5.3 山西万家寨引黄工程高压岔管渗透分析及应用 373

4.6 冻融灾害对工程稳定性影响的研究 377

4.6.1 冻融灾害对冻土工程稳定性的分析 377

4.6.2 青藏铁路块石气冷结构路堤下冻土温度场变化分析 388

4.6.3 青藏铁路冻土路基变形分析 398

4.7 本章小结 409

参考文献 410

第5章 灾害环境中岩体应力传递与能量释放规律 414

5.1 引言 414

5.2 岩石局部与整体破坏中的能量机制 415

5.2.1 岩石的能量传递机制 415

5.2.2 岩石的能量转化（光、热、声、电磁）机制 419

5.2.3 岩石的能量耗散机制 422

5.2.4 岩石的能量释放机制 426

5.3 岩石内的耗散能与可释放应变能及强度丧失与整体破坏 430

5.3.1 岩石内的耗散能与可释放应变能 430

5.3.2 不同压力及加载速度下岩石内的耗散能与可释放应变能 431

5.3.3 岩石强度丧失与整体破坏 433

5.4 岩石的能量机制、强度准则和破坏准则 435

5.4.1 岩石的能量机制和强度准则 435

5.4.2 岩石的能量机制与整体破坏准则 436

5.4.3 层状岩体的能量型破坏准则 441

5.5 岩石（体）的能量机制与微细观结构 445

5.5.1 岩石孔隙的自然性状与模型 445

5.5.2 孔隙岩石的应力（能量）传递机制与微细观结构 449

5.5.3 孔隙岩石的能量耗散机制与微细观结构 453

5.6 岩体的能量机制与结构面特征 467

5.6.1 岩体结构面的自然性状与模型 467

5.6.2 节理岩体的强度、能量机制与结构面效应 468

5.6.3 加锚断续节理岩体稳定性计算方法 476

5.6.4 基于能量原理的加锚岩体损伤演化模型 477

5.7 基于能量机制的工程地质灾害的预报与防治方法 477

5.7.1 深部复杂开采条件下冲击地压机理研究 477

5.7.2 煤岩破坏前兆信息实验研究 487

5.7.3 冲击倾向性煤体的细观结构特征实验研究 494

5.7.4 两种因素诱发煤层巷道失稳的数值模拟研究 512

5.7.5 深部巷道底鼓灾害研究 518

5.7.6 真三轴巷道平面模型试验台的研制 527

参考文献 532

第6章 近断层地震作用下重大工程的动力响应分析方法 542

6.1 近断层地震的描述 542

6.1.1 近断层地震动的含义 542

6.1.2 近断层地震动的基本特征 544

6.1.3 结构抗震分析 552

6.2 近断层地震动震源模拟 554

6.2.1 引言 554

6.2.2 近断层地震动描述 555

6.2.3 全局震源参数的确定 556

6.2.4 局部震源参数的确定 558

6.2.5 格林函数的确定 559

6.2.6 基于混合宽频带格林函数的近断层地震动合成方法 561

6.2.7 近断层地震动时程预测过程 562

6.2.8 显式有限元、透射边界和并行计算结合的复杂场地的近断层时程预测 562

6.2.9 高频地震动的随机模拟 566

6.3 非一致地震动场数值方法研究及实现 569

6.3.1 引言 569

6.3.2 非一致地震动波场计算方法 571

6.3.3 地震动输入方法 581

6.3.4 非一致地震动场在ANSYS中的实现 584

6.3.5 工程实例分析 585

6.3.6 黏弹性人工边界 604

6.3.7 一致黏弹性人工边界单元 606

6.4 近断层地震作用下地表裂估计 607

6.4.1 引言 607

6.4.2 地震地表破裂特征 608

6.4.3 材料破坏分析基础理论 613

6.4.4 地震地表破裂预测的经验方法 615

6.4.5 地震地表破裂预测的两步法 617

6.4.6 地震地表破裂预测的一步法 621

6.5 近断层地震下工程结构响应分析软件SimuDyn_Civil简介及实例演示 628

6.5.1 SimuDyn_Civil简介 628

6.5.2 某水电站地震响应分析 632

参考文献 640

第7章 工程体与地质体相互作用机理与整体稳定性研究 645

7.1 工程体与地质体相互作用的接触界面效应 646

7.1.1 接触界面形貌的直接分形测量 646

7.1.2 粗糙表面形貌描述指标系统的建立 659

7.1.3 对不同重力坝-坝基接触面的数值模拟研究 668

7.2 工程体与地质体共同作用的整体稳定性理论模型与模拟 672

7.2.1 工程体与地质体共同作用的整体稳定性理论模型 673

7.2.2 一体两介质与两体两介质模型轴向压缩实验研究 678

7.2.3 两体接触面剪切力学行为的三维数值分析的实现及分析 680

7.2.4 基于光贴片试验及数值模拟的两介质接触面性能研究 685

7.2.5 重力坝与坝基系统破坏过程的数值分析 692

7.3 基于不同本构模型的工程体与地质体共同作用机理研究 698

7.3.1 工程体坝体徐变和地质体蠕变的特性 698

7.3.2 工程体与地质体的相互作用及其分析模型 700

7.3.3 岩体蠕变的应力场（变形场）与渗流场藕合的分析模型及有限元分析方法 709

7.3.4 工程算例—龙羊峡重力拱坝切向位移异常成因解析 717

7.4 工程体与地质体整体健康的监控 730

7.4.1 工程体与地质体检测和监测信息的集成融合理论 730

7.4.2 工程体与地质体健康诊断的综合分析理论和方法 735

7.4.3 工程体与地质体病害诊断的预警系统 753

参考文献 776

第8章 重大工程结构在地震作用下破坏过程模拟 781

8.1 引言 781

8.2 考虑复杂非均匀介质的宽频带地震输入 782

8.2.1 水平分层均匀介质模型下的宽频带（0.005～10Hz）理论地震图合成技术 783

8.2.2 强震地面运动模拟的计算机实现 790

8.2.3 同时考虑不一致地面运动的宽频地震输入及其应用 792

8.3 结构地震倒塌模拟 797

8.3.1 结构倒塌分析的研究近况 797

8.3.2 关于结构倒塌分析的理论 799

8.3.3 结构地震倒塌模拟的实现 804

8.3.4 结构地震倒塌模拟的验证和应用 818

参考文献 836

第9章 灾害环境下重大工程安全性分析评估、时空预测方法与系统研究 838

9.1 引言 838

9.1.1 研究意义 838

9.1.2 国内外研究现状 838

9.1.3 主要研究成果 846

9.2 变形加固理论与非平衡态热力学及其应用 849

9.2.1 引言 849

9.2.2 变形加固理论 850

9.2.3 最小塑性余能原理 852

9.2.4 最小塑性余能原理的证明 854

9.2.5 三维非线性有限元计算 856

9.2.6 变形加固效率 858

9.2.7 变形加固理论与刚体极限平衡法的对比分析 859

9.2.8 变形加固理论的实验验证 860

9.2.9 高拱坝稳定性评价 862

9.2.10 非平衡不可逆热力学理论的发展及应用 869

9.2.11 结语 875

9.3 岩石变形破坏过程模拟的细胞自动机方法 875

9.3.1 细胞自动机模型在力学分析中的应用 875

9.3.2 岩石破裂过程的弹塑性细胞自动机模型 887

9.3.3 岩石破裂过程的EPCA模拟 894

9.3.4 岩石破裂过程I类和II类行为的EPCA模拟分析 914

9.3.5 岩石破裂过程渗流-应力藕合特性研究的弹塑性细胞自动机模型 924

9.3.6 岩石破裂过程的HM-EPCA模拟 932

9.3.7 开挖损伤区THM藕合过程的BMT模拟 949

9.3.8 岩石破坏过程模拟的细胞自动机软件系统 955

9.4 岩石工程安全性评价的破坏接近度方法 960

9.4.1 围岩安全性的影响因素及分区演化机制 960

9.4.2 围岩安全性的破坏接近度分析 966

9.4.3 基于破坏接近度的围岩安全性随机分析方法 994

9.4.4 地下工程围岩整体安全性评价方法 1023

9.4.5 工程应用分析 1034

参考文献 1047