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第1章 绪论 1

1.1岩石和混凝土材料结构的力学特征 1

1.2岩石和混凝土力学离散-接触-断裂问题 3

介质离散 3

岩石和混凝土的接触力学模型 4

岩石和混凝土非线性断裂行为 4

岩石和混凝土的应变软化与局部化的损伤断裂特征 5

1.3岩石和混凝土结构分析的计算数值方法 7

连续介质力学方法 7

非连续介质力学方法 10

1.4岩石和混凝土力学的前沿问题 13

1.5本书的框架与内容简介 16

参考文献 17

第2章 介质离散几何切割方法与算法 23

2.1概述 23

2.2表征空间多面体的拓扑关系与数据结构 24

空间多面体的拓扑关系 24

空间多面体的数据结构 25

2.3自动剖分算法的基本思想及实现 27

自动剖分算法的基本思想 27

新交点与新有向边的生成 27

环路搜索 30

有向面生成 32

体的搜索 33

2.4空间多面体自动剖分实例 34

用空间平面（视为无限大）切割 34

用有界空间平面切割凹多面体岩块 36

参考文献 38

第3章 二维变形体离散单元法 39

3.1概述 39

3.2二维变形体离散元基本原理 40

接触检索和接触本构关系 40

变形块体本构关系 42

节点动力平衡方程 44

二维变形体离散单元法的基本数据结构 45

二维变形体离散单元法的基本算法 48

3.3二维变形体离散单元法中地应力的模拟 52

3.4有限差分三角形网格的自动剖分 53

数据结构 54

算法描述 54

有效性测试和参数选择 56

3.5二维变形体离散单元法模型的数值模型与试验验证 57

刚性块体激振试验 57

砌石拱的稳定分析 58

参考文献 61

第4章 二维变形体离散单元法的扩展 62

4.1离散元流变模型 62

岩石和岩体的流变特性 62

岩石流变模型概述 63

考虑结构面流变的离散单元模型 65

4.2离散元结构-渗流耦合模型 69

离散元渗流模型的基本思路 69

裂隙网络渗流模型的计算 70

饱和／非饱和渗透系数的确定 72

渗流场与应力场的耦合 74

离散元结构-渗流耦合模型的计算流程 77

4.3二维离散单元法扩展模型的数值与试验验证 78

离散元结构面蠕变力学性能验证 78

离散元结构面应力松弛力学性能验证 81

离散元饱和／非饱和渗流模型在正交网络渗流试验中的验证分析 82

参考文献 88

第5章 基于变形等效的离散元——刚体弹簧元方法 90

5.1概述 90

5.2空间多面体的几何与物理特性参数描述 91

体积和形心 91

惯性张量 92

5.3空间凸多面体接触检索 93

空间凸多面体接触关系分类 93

空间多面体角边修圆 94

接触关系检索 95

5.4三维刚体弹簧元方法基本力学原理 99

块体接触模型及接触力分析 99

块体的运动分析 101

块体几何参量更新 103

三维刚体弹簧元方法等效原则 105

5.5三维刚体弹簧元方法程序实现 107

动态顺序线性链表 107

主要数据结构 108

5.6三维刚体弹簧元方法模型的数值验证 109

悬臂梁受均匀荷载作用 109

拱圈受均匀径向荷载作用 112

参考文献 114

第6章 三维变形体离散元法 116

6.1概述 116

6.2空间凸多面体接触检索 117

接触检索粗判 117

接触检索细判——公共面接触检索方法 118

6.3三维变形体离散元法基本原理 120

接触模型和接触力分析 120

变形块体弹性应力与节点力 121

节点动力平衡方程 123

参数选取分析 123

简单算例 131

6.4三维变形体离散元法数据结构 131

块体数据结构 131

接触数据结构 133

6.5三维变形体离散元法的网格自动剖分 135

参考文献 136

第7章 三维模态变形体离散元方法 139

7.1模态变形体离散元的运动学描述 139

刚体运动 140

变形 142

7.2模态变形体离散元方法 145

块体的空间平动 146

块体的转动 148

块体的变形 150

7.3接触力求解 157

点接触模型 158

面接触模型 159

7.4求解流程 160

7.5模态变形体离散元对变形模拟的验证算例 161

简单模态变形体离散元的计算 161

二阶模态变形体离散元的计算 162

7.6模态变形体离散元对离散块体运动模拟的验证算例 164

7.7梅花拱坝破坏过程仿真算例 166

模型的建立 166

有限元与三维模态变形体离散元计算比较 167

梅花拱坝破坏过程仿真 173

参考文献 174

第8章 其他非连续介质力学方法 175

8.1颗粒体离散元法（PFC） 175

三维颗粒体离散元接触模型和接触力分析 176

运动分析 181

颗粒材料的应力-应变分析 184

颗粒体离散元应用实例 186

8.2非连续变形分析方法 188

非连续变形分析理论概要 189

二维非连续变形分析 190

三维非连续变形分析 198

参考文献 203

第9章 岩体结构面接触本构关系 207

9.1概述 207

9.2岩体结构面二维本构模型 207

法向单调加载本构模型 208

法向循环加载本构模型 208

切向单调加载本构模型 210

切向循环加载本构模型 210

二维接触刚度矩阵 215

屈服准则与加、卸载准则 218

模型验证 219

9.3岩体结构面三维循环加载本构模型 221

岩体结构面三维剪切特性 222

切向循环加载本构模型 223

三维接触刚度矩阵 225

屈服准则与加、卸载准则 227

模型参数 229

模型验证 229

参考文献 231

第10章 岩石和混凝土结构面的接触数值模型 233

10.1概述 233

等效连续模型 233

接触边界模型 234

接触单元模型 239

不同结构面分析力学模型的评价 240

10.2模拟接触面的薄层单元模型 241

本构关系 241

接触面变形模式 242

10.3薄层单元的混合迭代求解 242

非线性问题的求解方法 242

接触面超余应力调整 243

接触面嵌入调整 244

非线性混合迭代 244

10.4薄层单元模型的动力分析 245

Newmark增量法 245

非线性动力时程分析 245

10.5模型的验证 246

嵌入调整算例 246

滑块算例 246

土中埋管算例 247

参考文献 250

第11章 准脆性材料非线性断裂力学 253

11.1概述 253

11.2准脆性材料的损伤断裂机理 254

准脆性材料特征应力-应变关系 254

准脆性材料的损伤断裂机理与破坏特征 255

11.3准脆性材料经典断裂力学 258

线弹性断裂力学简介 259

修正的线弹性断裂力学模型 261

11.4准脆性材料非线性断裂力学的发展 262

分离式裂缝模型的发展——虚拟裂缝模型 262

弥散式裂缝模型的发展——钝断裂带模型 264

非线性断裂力学模型基本要素 266

参考文献 270

第12章 弥散式断裂带裂缝模型（一）——固定裂缝模型 274

12.1概述 274

12.2弥散式裂缝模型的有限元平衡方程 275

12.3传统弥散式裂缝模型简介 277

12.4基于全量关系描述的固定裂缝模型 278

本构模型 278

切线刚度矩阵 280

折减系数定义与加、卸载准则 280

基于增量关系描述的固定裂缝模型 282

折减系数演化描述 283

增量、全量关系两类模型比较分析 284

12.5数值算例 286

单轴拉伸构件试验模拟 286

单边裂纹紧凑拉伸构件试验模拟 288

参考文献 291

第13章 弥散式断裂带裂缝模型（二）——旋转裂缝模型 292

13.1概述 292

13.2旋转裂缝模型 293

本构模型 293

切线刚度矩阵 295

折减系数演化描述 300

唯一解要求与应力锁现象分析 300

13.3固定裂缝与旋转裂缝模型比较分析 307

固定裂缝模型基本力学特征 307

旋转裂缝模型基本力学特征 308

固定、旋转裂缝模型比较分析 309

13.4数值模拟算例 310

楔入劈拉试验数值模拟 310

四点剪切梁试验数值模拟 313

参考文献 316

第14章 分离式裂缝模型 318

14.1概述 318

14.2分离式裂缝模型的基本概念 319

分离式裂缝模型的基本力学方程 319

分离式裂缝的离散网格 320

14.3虚拟裂缝模型 321

虚拟裂缝模型的数值实现 322

软化力学行为描述 328

14.4内聚力裂缝模型 329

界面基本变形力学特征 329

内聚力裂缝模型的数值实现 330

14.5数值模拟算例 334

单边切口非对称弯梁试验数值模拟 335

单边切口四点剪切梁试验数值模拟 338

参考文献 340

第15章 非局部化损伤断裂模型 343

15.1概述 343

15.2非局部化模型概述 344

积分型非局部化模型 344

梯度模型 346

积分型非局部化与梯度模型比较 348

15.3积分型非局部化损伤模型 349

非局部化损伤模型的数学描述 349

一致切线刚度矩阵的推导 351

算例分析 353

15.4梯度损伤模型 355

梯度损伤模型基本方程 356

梯度损伤模型的增量迭代求解 357

算例分析 358

参考文献 361

第16章 岩石和混凝土断裂分析的扩展有限元法 365

16.1概述 365

16.2基本原理 366

单位分解 366

扩展有限元法 367

16.3扩展有限元法的控制方程 368

扩展有限元法的控制方程 369

非连续界面相互作用在扩展有限元法中的实现 370

16.4数值积分及程序实现 372

预设虚节点法 372

程序实现 373

数值积分 375

16.5数值算例 376

三点弯梁开裂过程模拟 376

单边切口四点剪切梁开裂过程模拟 379

水力劈裂过程模拟 383

参考文献 391

第17章 三维变形体离散元法与弥散式裂缝模型的耦合 395

17.1概述 395

17.2三维变形体离散元与弥散裂缝模型的耦合实现 395

弥散裂缝模型简介 395

弥散裂缝模型与离散元法的耦合 397

17.3数值模拟算例 402

岩石和混凝土材料Ⅰ型开裂 402

岩石和混凝土材料Ⅰ／Ⅱ混合型开裂 404

参考文献 409

第18章 三维变形体离散元法与分离裂缝模型的耦合 411

18.1概述 411

18.2三维变形体离散元法与分离裂缝模型的耦合实现 412

Ⅰ型分离裂缝模型 413

弥散裂缝模型和分离裂缝模型的等价性比较 414

Ⅰ／Ⅱ混合型分离裂缝模型 416

分离裂缝模型与离散元的耦合 419

18.3数值模拟算例 420

准脆性材料Ⅰ型开裂模拟 421

准脆性材料Ⅰ／Ⅱ混合型开裂模拟 424

参考文献 426

第19章 离散元法在岩质边坡稳定分析中的应用 428

19.1概述 428

19.2离散元蠕变模型在三峡船闸高边坡工程的应用 429

工程概况 429

三峡船闸高边坡的基本计算条件 429

三峡船闸高边坡卸荷变形及稳定分析 436

19.3离散元法在三峡船闸高边坡动力稳定分析中的应用 443

计算条件 443

三峡船闸高边坡的动力响应和稳定性分析 444

19.4离散元饱和／非饱和渗流模型在龙滩水电站边坡稳定分析中的应用 447

工程概况 447

工程地质及水文地质条件 447

计算条件 449

龙滩水电站边坡渗流与稳定分析 452

参考文献 458

第20章 离散-断裂模型在高坝-地基破坏分析中的应用 459

20.1概述 459

20.2应用刚体弹簧元法进行玛尔帕塞拱坝破坏仿真分析 460

玛尔帕塞拱坝 460

玛尔帕塞拱坝失稳机理的研究 464

20.3应用三维变形离散元法研究拱坝-地基系统整体抗滑稳定 479

溪洛渡拱坝介绍及计算模型 479

溪洛渡拱坝-地基系统静力抗滑稳定分析 482

20.4应用离散-断裂耦合模型分析Koyna重力坝动力破损 498

非线性断裂力学的动力计算模型 498

工程概况及已有的相关研究 499

线弹性动力计算 501

Koyna坝动力破损过程分析 503

参考文献 508

第21章 应用非线性断裂力学模型分析K？lnbrein拱坝坝踵开裂 510

21.1概述 510

21.2工程概况和开裂行为 510

21.3已有的相关研究及评论 512

21.4计算模型及方法 513

计算模型及工况 513

断裂模型及计算方法 515

21.5计算结果的分析比较 515

三维旋转裂缝模型计算结果 515

三维固定裂缝模型计算结果 518

计算结果比较分析 520

参考文献 521

第22章 应用接触模型分析重力坝静动力抗滑稳定 523

22.1工程概况与计算模型 523

工程概况 523

数值计算模型 523

计算荷载与加载方式 524

计算参数 525

22.2静力分析 526

22.3动力分析 530

22.4安全系数的讨论 533

22.5小结 534

参考文献 534