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