高壩巖石力學(xué)

前言

　　2008年11月20日是周維垣先生的八十華誕.這是一個(gè)值得慶祝的日子?！　≈芫S垣先生自1951年畢業(yè)留校工作以來，已近60年。他曾從事學(xué)校的黨政、教學(xué)及科研工作。近四十年來，周維垣先生從事高壩壩基研究工作，是我國拱壩地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的奠基人。在我國，周維垣先生率先將損傷力學(xué)引入巖石力學(xué)，發(fā)展了損傷斷裂的理論，并應(yīng)用于大壩穩(wěn)定分析，為巖石力學(xué)理論和工程實(shí)踐作出了大量的貢獻(xiàn)?！　≈芫S垣先生現(xiàn)任國際巖石力學(xué)學(xué)會灌漿委員會委員、國際巖土力學(xué)計(jì)算方法和進(jìn)展學(xué)會理事、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會常務(wù)理事，并長期擔(dān)任中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會巖體數(shù)值與物理模擬專業(yè)委員會主任，兩次出任國際會議副主席。周維垣先生以他的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)和人格魅力贏得了巖石力學(xué)界和工程部門由衷的贊譽(yù)。　　作為國內(nèi)外知名的巖石力學(xué)專家，周維垣先生發(fā)表學(xué)術(shù)論文150余篇，出版著作10部，獲得國家級獎(jiǎng)四項(xiàng)、部級獎(jiǎng)六項(xiàng)。2005年，第11屆“國際巖土力學(xué)計(jì)算方法與進(jìn)展學(xué)會”（IACMAG）大會授予周維垣先生“卓越貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”，這是國內(nèi)學(xué)者首次獲此殊榮。　　在科學(xué)的道路上，周維垣先生以嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、勇于開拓的科學(xué)作風(fēng)，達(dá)至斐然成就。在共事的同事和學(xué)生們的心目中，他既是嚴(yán)格的師長，又是德高望重的前輩。周維垣先生為學(xué)生的成長傾注了大量的心血，“高徒出于嚴(yán)師”，他的許多弟子已成長為學(xué)術(shù)界的精英或工程界的棟梁。周維垣先生以實(shí)際行動(dòng)詮釋了傳道授業(yè)、誨人不倦的師者風(fēng)范?！　≡谶@個(gè)喜慶的日子里，我們懷著對周維垣先生的誠摯的敬意，編輯了這本慶賀文集，用我們的方式向周維垣先生的八十壽辰表示最衷心的祝賀?！　”緯某霭婕仁菍χ芫S垣先生多年來科研工作的梳理和總結(jié)，也是對其為人為學(xué)優(yōu)秀思想的展示與頌揚(yáng)；既是為了隆重慶賀這個(gè)重要的日子，也是為了與更廣泛的讀者共享我們的感受，使巖石力學(xué)與工程相關(guān)領(lǐng)域的同行、學(xué)者和師生有所啟迪和激勵(lì)。　　衷心祝愿周維垣先生健康長壽，不斷為巖石力學(xué)與工程事業(yè)作出新的貢獻(xiàn)！

內(nèi)容概要

周維垣教授從事高壩結(jié)構(gòu)及壩基研究工作近40年，在我國，他率先將損傷力學(xué)引入巖石力學(xué)，發(fā)展了損傷斷裂的理論，并應(yīng)用于大壩穩(wěn)定分析。我國高拱壩建設(shè)30年以來，他對國內(nèi)大部分高壩做了數(shù)值分析及模型試驗(yàn)，結(jié)合工程研究就高壩巖石力學(xué)曾發(fā)表論文200余篇，本書從這些論文中精選了各個(gè)時(shí)期比較經(jīng)典的研究成果，從一個(gè)側(cè)面反映了我國高壩巖石力學(xué)研究的發(fā)展軌跡，勾畫了高壩巖石力學(xué)的輪廓。     本書的主要內(nèi)容包括節(jié)理巖體力學(xué)本構(gòu)模型及參數(shù)，高壩及基巖損傷斷裂力學(xué)模型，高壩穩(wěn)定、基礎(chǔ)加固理論，高壩數(shù)值分析方法，高壩地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，高壩工程應(yīng)用。     本書可供從事水利水電工程設(shè)計(jì)、科研、施工人員，巖石力學(xué)與工程研究的技術(shù)人員及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生閱讀、參考。

書籍目錄

序傾心科研事業(yè)　天道自然酬勤第1篇　節(jié)理巖體力學(xué)本構(gòu)模型及參數(shù)　節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)取值研究　隔河巖大壩灌漿帷幕巖體力學(xué)強(qiáng)度的掃描電鏡試驗(yàn)研究　巖石裂紋流變擴(kuò)展的細(xì)觀機(jī)理分析　巖石、混凝土類材料斷裂損傷過程區(qū)的細(xì)觀力學(xué)研究　裂隙介質(zhì)中的多重裂隙網(wǎng)絡(luò)滲流模型　巖體三維節(jié)理網(wǎng)絡(luò)模擬及其在三峽工程中的應(yīng)用　脆性巖石變形與破壞的細(xì)觀力學(xué)模型研究　巖體穩(wěn)定的分叉局部化及應(yīng)變梯度模型研究　含裂隙組巖體的穩(wěn)定問題　裂隙巖體局部化破壞分析的多重勢面分叉模型　裂隙巖體損傷局部化破壞分叉模型及其應(yīng)用　不同角度單裂紋缺陷試樣的裂紋擴(kuò)展與破壞行為　基于二階損傷張量的節(jié)理巖體各向異性屈服準(zhǔn)則　Shear Banding Analysis of Geomaterials by Strain Gradient Enhanced Damage Model第2篇　高壩及基巖損傷斷裂力學(xué)模型　拋物線型拱壩壩肩斷裂破壞試驗(yàn)研究　壩肩節(jié)理巖體穩(wěn)定的三維彈塑性斷裂有限元分析　節(jié)理巖體的損傷斷裂力學(xué)模型及其在壩基穩(wěn)定分析中的應(yīng)用　裂隙巖體的滲流一損傷耦合分析模型及其工程應(yīng)用　巖石與混凝土類材料斷裂過程研究　巖體邊坡非連續(xù)非線性卸荷及流變分析　三峽永久船閘高邊坡流變損傷穩(wěn)定性分析　巖石混凝土類材料損傷局部化分叉研究及應(yīng)用　基于應(yīng)變梯度的損傷局部化研究及應(yīng)用　三維間斷位移法及強(qiáng)奇異和超奇異積分的處理方法　基于正則結(jié)構(gòu)的各向異性損傷演化律　Thermodynamic Relationship Between Creep Crack Growth and Creep Deformation　On Microscopic Thermodynamic Mechanisms of Damage Evolution Laws　Micromechanical Identification of Anisotropic Damage Evolution Laws　Simulation of Localization Failure with Strain-Gradient—Enhanced Damage Mechanics　Multi—Network Percolation Model for Fractured Rock Masses第3篇　高壩穩(wěn)定、基礎(chǔ)加固理論　空腹壩壩踵應(yīng)力的非線性有限元分析及實(shí)驗(yàn)研究　復(fù)雜地基上二灘雙曲拱壩整體穩(wěn)定分析　二灘拱壩壩基弱風(fēng)化巖體灌漿加固效果研究　高拱壩穩(wěn)定性評價(jià)的方法和準(zhǔn)則　大壩整體穩(wěn)定分析系統(tǒng)　高拱壩的有限元分析方法和設(shè)計(jì)判據(jù)研究　推求拱壩極限承載力的一種有效算法　墊腳加錨一高拱壩加固增穩(wěn)的高效方法　基于非線性規(guī)劃的極限分析方法及其應(yīng)用　拱壩基礎(chǔ)不對稱性影響研究　復(fù)雜地基上高拱壩開裂與穩(wěn)定研究　變形加固理論及高拱壩整體穩(wěn)定與加固分析　The Challenging Problems with the Super Large Xiaowan Arch Dam under Construction　An Anisotropic Strength Criterion for Jointed Rock Masses and Its Application in Wellbore　Stability Analyses第4篇　高壩數(shù)值分析方法　有限單元法的波陣解法　流形元法及其在工程中的應(yīng)用　三維巖體構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)生成的自協(xié)調(diào)法及工程應(yīng)用　無單元法及其工程應(yīng)用　三維有限元網(wǎng)格加密方法及其工程應(yīng)用　無單元法在三維斷裂力學(xué)中的應(yīng)用　三維無單元伽遼金法及其在拱壩分析中的應(yīng)用　三維有限元并行EBE方法　損傷模型在界面元方法中的應(yīng)用　三維界面元的數(shù)值計(jì)算方法及應(yīng)用　Multi—Potential Based Discontinuous Bifurcation Model for Jointed Rock Masses and Its Application　A New Three-Dimensional FEM Model on Arch Dam Cracking Analysis　A Distributed Memory Parallel Element——by-Element Scheme Based on Jacobi——Conditioned  Conj ugate Gradient for 3一D Finite Element Analysis第5篇　高壩地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)第6篇　高壩工程應(yīng)用附錄一　著作附錄二　論文附錄三　獲獎(jiǎng)目錄附錄四　科研課題

章節(jié)摘錄

　　第1篇　節(jié)理巖體力學(xué)本構(gòu)模型及參數(shù)　　節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)取值研究　　周維垣　楊延毅　　【摘要】本文提出了一種確定節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)的計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)法。該法基于節(jié)理裂隙的野外勘探資料建立巖體的損傷斷裂模型，可在計(jì)算機(jī)上模擬計(jì)算實(shí)際試驗(yàn)過程，獲得應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)^程曲線和巖體變形模量、抗剪強(qiáng)度參數(shù)的各向異性特征。文中具體研究了拉西瓦工程巖體參數(shù)的取值問題?！　?　引言　　由于人們對節(jié)理巖體復(fù)雜多變的力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識不足，所以對它的力學(xué)參數(shù)（如變形模量、抗剪強(qiáng)度等）取值，以及如何評價(jià)和利用這類巖體等問題，感到頗為棘手，目前仍只能依靠現(xiàn)場試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)類比兩種手段?！　∮捎诂F(xiàn)場試驗(yàn)存在尺寸效應(yīng)，又受財(cái)力物力制約，廣泛應(yīng)用受到限制。經(jīng)驗(yàn)類比法目前在工程中應(yīng)用較多。此法把巖體按一定指標(biāo)劃分為若干等級，對每一等級巖體，給出統(tǒng)一的力學(xué)參數(shù)供工程設(shè)計(jì)選用，如能源部成都院水科所提出的“巖體質(zhì)量指標(biāo)”，中科院地質(zhì)所提出的“巖體質(zhì)量系數(shù)”，長辦勘測處提出的“塊度模數(shù)”，美國伊利諾斯大學(xué)提出的“RQD”，挪威學(xué)者巴頓提出的“巖體質(zhì)量”等。這類方法的不足之處是只能得到力學(xué)參數(shù)的取值范圍，而且由于所得范圍較大，使用時(shí)仍具有較大的任意性?！　「鶕?jù)力學(xué)理論，如果獲得了一種介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系，就可推求出這種介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)。因此，通過研究節(jié)理巖體的本構(gòu)關(guān)系，也應(yīng)是研究節(jié)理巖體參數(shù)取值的一條途徑。據(jù)此，筆者在文獻(xiàn)中深入研究了節(jié)理巖體的損傷斷裂模型。這個(gè)模型的突出優(yōu)點(diǎn)是從完整巖塊的室內(nèi)試驗(yàn)資料和節(jié)理裂隙的野外勘探統(tǒng)計(jì)資料出發(fā)，應(yīng)用損傷力學(xué)建立起來的。它一方面建立節(jié)理組構(gòu)張量與損傷張量之間的關(guān)系，使節(jié)理裂隙的幾何特征和巖體宏觀力學(xué)特性得以聯(lián)系；另一方面，從分析節(jié)理的斷裂擴(kuò)展機(jī)理人手，將損傷演化過程和節(jié)理斷裂擴(kuò)展過程聯(lián)系起來預(yù)測巖體參數(shù)的變化規(guī)律。顯然，在節(jié)理裂隙的現(xiàn)場概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，運(yùn)用本文的模型便可在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)際試驗(yàn)過程，并由此推求巖體參數(shù)。文中應(yīng)用該方法具體研究了拉西瓦工程弱風(fēng)化、微風(fēng)化級巖體參數(shù)的取值問題?！　?　節(jié)理巖體的幾何特征及概率統(tǒng)計(jì)方法　　巖體中節(jié)理面的空間分布取決于產(chǎn)狀、形態(tài)、規(guī)模、密度和張開度等五個(gè)幾何參數(shù)。因節(jié)理多為成組展布，從抓住主要優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的角度，可先按節(jié)理面產(chǎn)狀概化為若干組，再對每一概化節(jié)理組統(tǒng)計(jì)其特征尺寸、密度和張開度。

圖書封面

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