软岩大变形力学分析 原理、软件、实例PDF电子书下载

理论篇 3

第0章 软岩工程大变形破坏现象 3

0.1沉积软岩构造大变形现象 3

0.2软岩地下工程大变形现象 3

0.3软岩地面工程大变形现象 6

0.4软岩实验中大变形现象 8

0.5软岩工程大变形的力学分类 10

参考文献 11

第1章 软岩大变形问题基本理论 12

1.1固定坐标系与拖带坐标系 12

1.2经典小变形理论的局限性 14

1.3 Finger极分解有限变形理论 16

1.3.1Finger极分解定理与Green应变张量 16

1.3.2应力的定义和平衡方程 17

1.3.3应变率、客观应力率和增量型本构关系 18

1.4陈氏和分解有限变形理论 18

1.4.1和分解定理与应变的定义 19

1.4.2拖带坐标系中的应力定义和平衡方程 20

1.4.3更新拖带系的速度场分解、客观应力率和率型本构关系 21

参考文献 22

第2章 软岩大变形增量分析有限元方程 23

2.1极分解增量分析有限元方程 23

2.1.1与现时构形平衡方程等效的变分原理 23

2.1.2更新拉格朗日格式的极分解有限元方程 24

2.2和分解增量分析有限元方程 25

2.2.1基于拖带系的变分原理 25

2.2.2更新拖带坐标法的和分解有限元方程 27

参考文献 29

第3章 深部软岩工程的有限元法 30

3.1弹塑性大变形问题的应力预测——校正方法 30

3.1.1屈服函数 30

3.1.2弹塑性增量本构关系 31

3.1.3应力预测与校正 32

3.2开挖与建造过程的模拟方法 34

3.2.1空单元法模拟开挖 34

3.2.2反向施加等效节点荷载方法模拟开挖 35

3.3开挖边界大变形接触问题的模拟方法 36

3.4节理单元的模拟方法 37

3.5小变形支护单元的模拟方法 39

3.5.1普通锚杆、锚索结构 39

3.5.2刚架（梁）结构 41

3.6恒阻大变形锚杆（索） 43

3.6.1恒阻大变形锚杆（索）结构 43

3.6.2恒阻大变形锚杆的本构描述 45

3.6.3恒阻大变形锚杆（索）能量本构关系 49

3.6.4恒阻大变形锚杆巷道围岩稳定性能量平衡方程 50

参考文献 51

第4章 软岩工程非线性大变形力学设计方法 52

4.1软岩工程支护原则 52

4.1.1“对症下药”原则 52

4.1.2过程原则 53

4.1.3塑性圈原则 53

4.1.4优化原则 53

4.2软岩巷道非线性大变形力学设计方法 54

4.2.1设计的内容和特点 54

4.2.2设计的基本步序 56

参考文献 58

第5章 三维和分解弹性全量法基本理论 59

5.1几何关系（位形变换的和分解定理） 59

5.2应力和运动方程 60

5.3应力与应变的弹性全量本构关系 60

5.4能量变分原理 61

参考文献 61

第6章 三维和分解弹性全量法有限元方程 62

6.1基于牛顿迭代法的虚功方程弱解形式 62

6.2求解位移的弱解方程 65

6.3求解应力的弱解方程 67

实例篇 71

第7章 有限转动与伸长的算例分析 71

7.1弹性计算理论解 71

7.1.1全量和分解平面应力 71

7.1.2全量和分解平面应变 74

7.1.3全量左、右极分解平面应力 75

7.1.4全量左、右极分解平面应变 76

7.1.5弹性增量和分解平面应力 77

7.1.6弹性增量和分解平面应变 79

7.1.7弹性增量极分解平面应力 81

7.1.8弹性增量极分解平面应变 85

7.2数值解——弹性全量法平面应力 87

7.2.1弹性全量和分解平面应力 88

7.2.2弹性全量左极分解平面应力 89

7.2.3弹性全量右极分解平面应力 91

7.3数值解——弹性全量法平面应变 92

7.3.1弹性全量和分解平面应变 92

7.3.2弹性全量左极分解平面应变 93

7.3.3弹性全量右极分解平面应变 95

7.4数值解——弹性增量法平面应力 96

7.4.1弹性增量和分解平面应力 96

7.4.2弹性增量极分解平面应力 97

7.5数值解——弹性增量法平面应变 98

7.5.1弹性增量和分解平面应变 99

7.5.2弹性增量极分解平面应变 100

7.6弹塑性问题增量分析理论解 101

7.6.1计算参数取值 101

7.6.2弹塑性计算结果总表 101

7.7数值解——弹塑性增量法平面应力（理想弹塑性模型） 106

7.7.1弹塑性增量和分解平面应力 106

7.7.2弹塑性增量极分解平面应力 108

7.7.3弹塑性增量小变形平面应力 109

7.8数值解——弹塑性增量法平面应变（理想弹塑性模型） 110

7.8.1弹塑性增量和分解平面应变 110

7.8.2弹塑性增量极分解平面应变 111

7.8.3弹塑性增量小变形平面应变 113

7.9数值解——弹塑性增量法平面应力（线性硬化模型） 114

7.9.1弹塑性增量和分解平面应力 114

7.9.2弹塑性增量极分解平面应力 116

7.9.3弹塑性增量小变形平面应力 117

7.10数值解——弹塑性增量法平面应变（线性硬化模型） 118

7.10.1弹塑性增量和分解平面应变 118

7.10.2弹塑性增量极分解平面应变 120

7.10.3弹塑性增量小变形平面应变 121

参考文献 122

第8章 简单剪切的算例分析 123

8.1弹性计算理论解 123

8.1.1全量和分解平面应力 123

8.1.2全量和分解平面应变 125

8.1.3全量左、右极分解平面应力 126

8.1.4全量左、右极分解平面应变 128

8.1.5弹性增量和分解平面应力 129

8.1.6弹性增量和分解平面应变 132

8.1.7弹性增量极分解平面应力 135

8.1.8弹性增量极分解平面应变 138

8.1.9弹性计算结果总表 141

8.2数值解——弹性全量法平面应力 143

8.2.1弹性全量和分解平面应力 144

8.2.2弹性全量左极平面应力 145

8.2.3弹性全量右极平面应力 146

8.3数值解——弹性全量法平面应变 147

8.3.1弹性全量和分解平面应变 147

8.3.2弹性全量左极平面应变 148

8.3.3弹性全量右极平面应变 149

8.4数值解——弹性增量法平面应力 150

8.4.1弹性增量和分解平面应力 151

8.4.2弹性增量极分解平面应力 152

8.5数值解——弹性增量法平面应变 153

8.5.1弹性增量和分解平面应变 153

8.5.2弹性增量极分解平面应变 154

8.6弹塑性问题增量分析理论解 155

8.6.1弹塑性问题增量分析理论解求解步骤 155

8.6.2弹塑性计算结果总表 155

8.7数值解——弹塑性增量法平面应力（理想弹塑性模型） 159

8.7.1弹塑性增量小变形平面应力 160

8.7.2弹塑性增量和分解平面应力 161

8.7.3弹塑性增量极分解平面应力 162

8.8数值解——弹塑性增量法平面应变（理想弹塑性模型） 163

8.8.1弹塑性增量小变形平面应变 163

8.8.2弹塑性增量和分解平面应变 164

8.8.3弹塑性增量极分解平面应变 165

8.9数值解——弹塑性增量法平面应力（线性硬化模型） 166

8.9.1弹塑性增量小变形平面应力 167

8.9.2弹塑性增量和分解平面应力 168

8.9.3弹塑性增量极分解平面应力 169

8.10数值解——弹塑性增量法平面应变（线性硬化模型） 170

8.10.1弹塑性增量小变形平面应变 170

8.10.2弹塑性增量和分解平面应变 171

8.10.3弹塑性增量极分解平面应变 172

参考文献 173

第9章 小孔问题的算例分析 174

9.1小孔弹塑性问题理论解 174

9.1.1均匀弹塑性材料中小孔问题基本方程及理论解 174

9.1.2数值算例模型及其理论解 175

9.2预制小孔LDEAS算例——弹塑性小变形（平面应变） 176

9.2.1 LDEAS计算步骤 176

9.2.2 LDEAS计算结果 176

9.3小孔开挖LDEAS算例——弹塑性小变形（平面应变） 178

9.3.1 LDEAS计算步骤 178

9.3.2 LDEAS计算结果 178

第10章 厚壁圆筒的算例分析 180

10.1问题的描述及理论解 180

10.2计算模型 181

10.3计算结果 182

10.3.1加载490MPa 183

10.3.2加载560MPa 183

10.3.3加载630MPa 183

10.3.4加载700MPa 184

10.4数值计算结果与理论解对比 184

第11章 Goodman单元的算例分析 186

11.1计算模型 186

11.2理论解 188

11.2.1平面应力问题 188

11.2.2平面应变问题 190

11.2.3 Goodman单元数值算例理论解计算结果总表 193

11.3数值解——弹性全量法和分解平面应变 193

11.3.1拉 193

11.3.2压 194

11.3.3剪 195

11.3.4两侧加载模拟剪应力 196

11.3.5压剪组合 197

参考文献 199

第12章 支护结构单元的算例分析 200

12.1小变形弹脆性锚杆的算例分析 200

12.1.1模型 200

12.1.2前处理 200

12.1.3计算结果 201

12.2小变形锚索的算例分析 202

12.2.1模型 202

12.2.2前处理 202

12.2.3计算结果 203

12.3小变形梁的算例分析 203

12.3.1模型 203

12.3.2前处理 204

12.3.3计算结果 205

12.4恒阻大变形锚杆的算例分析 206

12.4.1模型 206

12.4.2计算结果 207

第13章 方形洞室开挖的算例分析 212

13.1计算模型 212

13.2弹性增量和分解平面应变 213

13.3弹性增量极分解平面应变 217

第14章 吉林台水电站区域稳定性算例分析 222

14.1数值计算模型 222

14.2计算步骤 223

14.3工程计算结果 223

14.3.1安全岛变形场特征 223

14.3.2安全岛应力场特征 224

第15章 柳海-480m水平运输大巷开挖算例分析 227

15.1弹性极分解增量分析模块的前后比较 228

15.2网格对计算模型的影响 229

15.3极分解与和分解增量分析模块的对比 230

15.4两个增量分析模块下降低底板弹性模量时巷道的最大变形 231

参考文献 232

第16章 旗山-1000m水平北翼轨道联络大巷开挖算例分析 233

16.1数值计算模型 233

16.2计算结果 234

参考文献 239

第17章 LDEAS3D——立方体的转动与伸长和简单剪切的算例分析 240

17.1两个算例的理论解 240

17.1.1立方体有限转动与伸长的理论解 240

17.1.2立方体简单剪切的理论解 243

17.2两个算例数值分析结果 246

17.2.1立方体有限转动与伸长数值分析结果 246

17.2.2立方体简单剪切数值分析结果 250

第18章 LDEAS3D——顶盖驱动算例分析 254

18.1计算模型 254

18.2计算结果 254

操作指南篇 259

第19章 系统综述及安装 259

19.1安装说明 259

19.2程序组 263

第20章 系统启动及项目管理 264

20.1启动系统 264

20.2工程项目管理 265

第21章 前处理系统 267

21.1基本使用流程 267

21.2主界面说明 268

21.2.1主界面 268

21.2.2 工具条 269

21.2.3菜单 273

21.3 File菜单 273

21.3.1 File主菜单 273

21.3.2文件操作 273

21.3.3前后处理切换 274

21.3.4退出 274

21.4 View菜单 275

21.4.1 View主菜单 275

21.4.2视图调整 275

21.5 Geometry菜单 278

21.5.1创建模型 278

21.5.2删除 287

21.6 Utilities菜单 288

21.7 Data菜单 294

21.8 Meshing菜单 300

21.8.1单元划分设定 300

21.8.2单元类型 305

21.8.3取消删除或者设定网格 306

21.8.4网格生成功能 307

21.8.5编辑网格 307

21.9 Calculate菜单 309

21.10结构实体组合计算特殊说明 309

21.11恒阻大变形锚杆（索）施加操作说明 317

21.11.1脆断锚杆 317

21.11.2无限力锚杆 318

21.11.3恒阻锚杆 319

21.11.4恒阻锚杆模拟脆断锚杆 320

21.11.5恒阻锚杆模拟无限力锚杆 320

21.11.6一部分恒阻锚杆一部分全程黏结锚杆 321

第22章 参数设置 322

22.1基本使用流程 322

22.2线荷载 323

22.3工程材料 326

22.3.1线弹性材料 326

22.3.2弹塑性材料 329

22.4单元施工步序信息设置 332

22.5地应力 334

第23章 计算分析步骤 337

23.1计算条件设置 338

23.2地应力计算 339

23.3工程计算 340

第24章 后处理系统 343

24.1基本使用流程 343

24.2主界面说明 345

24.2.1主界面 345

24.2.2功能工具条 346

24.2.3菜单 348

24.3 View Results菜单 348

24.3.1选择要查看的结果步数 349

24.3.2显示云图 350

24.3.3结果 350

24.3.4显示等值线图 353

24.3.5显示最大、最小值 353

24.3.6显示矢量图 353

24.3.7绘制曲线结果 354

24.3.8显示变形图 355

24.4 Windows菜单 355

24.4.1 View Style 356

24.4.2 View Results 357

24.4.3 Deform Mesh 358

24.4.4 Animate 359

24.4.5 Border Graph 360

24.4.6 Several Results 361

第25章 剪切大变形算例的操作步骤 362

25.1问题说明 362

25.2启动LDEAS系统 362

25.3建立几何网格模型 363

25.4造型中设定材料及边界 364

25.5剖分单元网格 366

25.6保存退出前处理系统 368

25.7设置材料库 368

25.8建立单元材料号与材料库之间的联系 369

25.9计算平面应变和分解 370

25.10查看结果 372

25.11计算其余几种情况下的结果 372

第26章 柳海巷道开挖算例操作步骤 374

26.1问题说明 374

26.2启动LDEAS系统 375

26.3建立几何网格模型 376

26.4造型中设定材料号及边界条件 377

26.5剖分单元网格 381

26.6保存退出前处理系统 384

26.7设置上覆岩压 385

26.8设置材料库 385

26.9建立单元材料号与材料库之间的联系 387

26.10设置初始应力场 390

26.11运行计算 391

26.12查看结果 393

第27章 吉林台水电站算例操作步骤 395

27.1问题说明 395

27.2启动LDEAS系统 395

27.3建立几何网格模型 396

27.4造型中设定材料号及边界条件 397

27.5剖分单元网格 400

27.6保存退出前处理系统 403

27.7设置材料库 403

27.8建立单元材料号与材料库之间的联系 405

27.9设置初始应力场 406

27.10运行计算 406

27.11查看结果 408