巖土工程損傷力學基礎

目錄
第1章 巖石-巖體損傷力學引論 1
參考文獻 4
第2章 巖石-巖體損傷力學的概念 6
2.1 損傷力學概念和巖體的損傷 6
2.2 損傷力學有效應力的概念 8
2.3 損傷力學的基本假定 9
2.3.1 應變等效假定 9
2.3.2 余應變能等效假定 10
2.3.3 基于兩種假設的損傷變量 12
2.4 巖體的各向異性損傷張量 13
2.4.1 各向異性損傷張量 13
2.4.2 各向異性主損傷變量 16
2.4.3 巖體中損傷變量的確定方法 17
2.5 各向異性主損傷的有效應力模型 18
2.5.1 三維空間模型 18
2.5.2 二維空間模型 21
2.6 各向同性材料的雙標量損傷變量理論 24
2.6.1 各向同性材料的雙標量損傷變量特征 24
2.6.2 各向同性雙標量損傷變量的定義 25
2.6.3 雙參數(shù)損傷影響張量的特性 30
2.6.4 雙參數(shù)損傷的應變能釋放率 32
2.6.5 雙標量損傷變量模型特征的討論 37
2.6.6 各向同性雙參數(shù)損傷模型的對比驗證 39
2.6.7 雙參數(shù)損傷變量的可易性-廣義雙參數(shù)損傷模型 43
2.6.8 雙標量損傷影響張量的適用條件 47
參考文獻 51
第3章 巖石-巖體損傷力學的分形研究 55
3.1 巖體損傷特征的分形描述 55
3.2 巖石破裂事件的分形特征 55
3.2.1 巖石破裂事件空間分布的分形特征 55
3.2.2 巖石破裂事件時間分布的分形特征 57
3.2.3 巖石微裂隙損傷演化的分形特征 60
3.3 損傷演化中巖石孔隙體積分維測定及規(guī)律 62
3.4 巖石斷裂過程的分形行為和分形效應 64
3.4.1 微觀斷裂與分形 64
3.4.2 動靜態(tài)分形裂紋擴展 65
3.4.3 巖石節(jié)理的分形特征 68
3.5 巖石分形破碎和能量耗散 70
3.5.1 破碎塊度分布的分形性質(zhì) 70
3.5.2 斷裂破碎與能量耗散 71
參考文獻 73
第4章 巖石-巖體連續(xù)損傷力學基礎 75
4.1 連續(xù)損傷力學的熱力學基礎 75
4.1.1 熱力學第一和第二定律 75
4.1.2 各向異性損傷材料的自由能和耗散不等式 76
4.1.3 各向異性損傷材料的機械耗散勢與對偶關系式 77
4.2 巖石的損傷應變能釋放率 78
4.3 巖石的彈性損傷力學模型 79
4.3.1 損傷巖石的三維彈性本構模型 79
4.3.2 損傷巖石的二維彈性本構模型 82
4.4 巖石的彈-塑性損傷力學模型 82
4.4.1 非關聯(lián)流動法則模型 83
4.4.2 各向異性損傷彈-塑性屈服模型 88
4.4.3 各向異性損傷強(弱)化模型 90
4.4.4 損傷耗散與塑性流動勢的聯(lián)合模型 93
4.4.5 損傷結構彈-塑性分析的靜態(tài)等效 95
4.5 巖石類介質(zhì)的黏-彈-塑性動力損傷模型 96
4.5.1 巖石類介質(zhì)的黏-彈-塑性破壞特征 96
4.5.2 黏-彈-塑性動力損傷模型 100
4.5.3 黏-彈-塑性動力損傷有限元算法 104
4.6 巖石的脆性動力損傷力學模型 109
4.6.1 巖石類介質(zhì)的脆性非線性破壞特征 109
4.6.2 最小耗能原理與各向同性脆性損傷-斷裂準則 109
4.6.3 動力損傷發(fā)展方程的指數(shù)函數(shù)模型 111
4.6.4 各向異性脆性損傷速率模型 112
4.6.5 莫爾-庫侖脆性損傷模型 112
4.6.6 裂隙損傷孔隙介質(zhì)的有效滲透特性 121
4.6.7 裂隙損傷孔隙介質(zhì)滲透特性的討論 125
4.6.8 損傷結構的阻尼矩陣 128
4.6.9 動力損傷發(fā)展方程的時間積分 133
參考文獻 139
第5章 沖擊荷載的侵徹損傷與破碎力學模型 142
5.1 脆性巖石沖擊的動力損傷破碎響應行為 142
5.1.1 聲波衰減系數(shù)與損傷能量的關系 142
5.1.2 沖擊破碎損傷演化方程的建模 143
5.1.3 動態(tài)本構關系建模 144
5.2 脆性巖石沖擊動力損傷所致的破碎 144
5.2.1 脆性巖石的碎裂概念 144
5.2.2 損傷演化導致的碎裂 145
5.2.3 碎裂行為的描述 146
5.2.4 材料碎裂參數(shù)的確定 147
5.3 沖擊荷載的侵徹損傷分析 148
5.3.1 侵徹問題引論 149
5.3.2 材料的侵徹損傷與破壞 149
5.3.3 侵徹損傷過程中材料的本構方程 149
5.3.4 侵徹損傷的基本方程與數(shù)值計算技術 150
5.4 脆性巖石沖擊動力損傷所致的破碎分析算例 152
5.4.1 數(shù)值應用及驗證的例子 152
5.4.2 脆性巖石由于動力損傷的碎裂分析算例 155
5.5 有限厚混凝土彈靶的侵徹損傷分析算例 159
5.5.1 計算條件 159
5.5.2 彈頭侵徹的分析算例 159
5.5.3 高速彈頭侵徹混凝土模擬算例的結果 161
5.5.4 結論及期望 162
參考文獻 163
第6章 損傷力學理論模型的初步應用 166
6.1 簡單結構中的損傷模型驗證 166
6.1.1 莫爾-庫侖損傷理論模型的實驗驗證 166
6.1.2 各向異性彈性損傷理論模型的數(shù)值分析驗證 172
6.2 損傷局部特征的損傷力學數(shù)值分析 174
6.2.1 厚壁筒壁內(nèi)局部缺陷的損傷力學分析 174
6.2.2 裂紋端部局部損傷的各向異性分析研究 178
6.3 動力損傷演化模型的數(shù)值分析 181
6.3.1 結構動力損傷概述 181
6.3.2 損傷簡支深梁的動力響應 182
6.3.3 結構動態(tài)響應中的損傷演化過程 186
6.4 簡單的黏-彈-塑損傷模型驗證 194
6.4.1 簡單的黏-彈-塑損傷模型驗證技術 194
6.4.2 黏-彈-塑損傷與演化特性的討論 196
參考文獻 200
第7章 工程結構的損傷力學分析應用 202
7.1 混凝土大壩的動力損傷與破壞概述 202
7.2 混凝土大壩及巖基的二維脆性動力損傷分析 203
7.2.1 龍灘混凝土重力壩的結構與巖基的地質(zhì)構造 203
7.2.2 龍灘重力壩與巖基的脆性動力損傷分析 206
7.3 混凝土大壩及巖基的二維黏-彈-塑性動力損傷分析 214
7.3.1 用黏-彈-塑性動力損傷模型分析混凝土重力壩的意義 214
7.3.2 計算參數(shù)及分析網(wǎng)格模型 215
7.3.3 數(shù)值分析結果 216
7.4 混凝土重力壩的安全評估 222
7.4.1 混凝土大壩抗震安全評價的回顧 222
7.4.2 各國現(xiàn)行抗震設防標準的基本框架 224
7.4.3 壩體混凝土材料動力特性的評估 226
7.4.4 對混凝土大壩抗震安全評價的幾點看法和建議 227
7.4.5 小結 229
7.5 爆炸荷載作用下重力壩三維脆性動力損傷分析 230
7.5.1 三維重力壩分析概述 230
7.5.2 堤壩系統(tǒng)三維脆性動力損傷的數(shù)學分析模型 230
7.5.3 爆炸荷載下重力壩的三維脆性動力損傷分析 234
7.5.4 三維脆性動力損傷的模擬結果 235
7.6 爆炸沖擊荷載下拱壩脆性動力損傷分析 240
7.6.1 拱壩抗爆安全的概述 240
7.6.2 分析對象的初始損傷張量估計 241
7.6.3 拱壩脆性動力損傷的三維數(shù)值模擬的模型 241
7.6.4 拱壩脆性動力損傷結果分析 243
7.6.5 結果討論 246
7.7 地震作用下混凝土拱壩脆性動力損傷有限元分析 247
7.7.1 拱壩抗震安全的概述 247
7.7.2 拱壩系統(tǒng)地震損傷的三維有限元分析模型 247
7.7.3 模擬計算結果與分析 249
7.7.4 結果討論 253
7.8 拱壩在地震中組合荷載作用下動力損傷的分析 253
7.8.1 拱壩在地震中的客觀研究 253
7.8.2 由地震引起拱壩損傷機理的動力詮釋 255
7.8.3 混凝土材料本構關系中的動力損傷行為 257
7.8.4 動力方程的時間積分算法 262
7.8.5 計算機算法實現(xiàn) 263
7.8.6 地震中拱壩復雜荷載響應的數(shù)值結果 265
參考文獻 273
彩圖