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前言1

第1章 绪论1

1.1 研究对象2

1.1.1 复杂岩体2

1.1.2 多场耦合3

1.1.3 工程作用6

1.1.4 多场广义耦合7

1.2 研究意义8

1.2.1 岩石力学研究的热点8

1.2.2 重大工程建设的需求9

1.2.3 岩石力学发展的产物11

1.3 研究现状14

1.3.1 单裂隙渗流模型与耦合机14

1.3.2 岩体渗流模型与耦合机理16

1.3.3 岩体渗流介质类型与参数18

1.3.4 岩体多场耦合数值分析研19

1.3.5 核废料处置THMC耦合20

1.4 研究内容与研究方法22

1.4.1 研究内容22

1.4.2 研究方法24

主要参考文献25

第2章 岩体地质特征与赋存环境28

2.1 地质结构面28

2.1.1 地质结构面的成因28

2.1.2 地质结构面的分级29

2.1.3 地质结构面的特征30

2.2 岩体结构特征37

2.2.1 地质结构37

2.2.2 岩体结构特征38

2.2.3 岩体质量分类40

2.3 结构面的模型与模拟43

2.3.1 结构面的物理模型44

2.3.2 结构面的张量模型45

2.3.3 结构面的分形结构48

2.3.4 结构面网络的模拟52

2.4 岩体赋存环境特征56

2.4.1 地应力场56

2.4.2 地下水渗流场62

2.4.3 地温场69

主要参考文献73

第3章 岩体变形与渗透特性研究75

3.1 岩块及结构面变形特性的一般性描述75

3.1.1 岩块的变形特性75

3.1.2 结构面的变形特性78

3.2 结构面变形的Plesha模型81

3.2.1 模型概化81

3.2.2 本构关系81

3.2.3 结构面的剪胀演化83

3.3 结构面变形的界面层模型84

3.3.1 界面层的弹性本构模型85

3.3.2 界面层弹塑性本构模型88

3.4 结构面的渗透特性92

3.4.1 光滑平行板模型92

3.4.2 立方定理的修正93

3.5 结构面的非饱和渗透特性96

3.5.1 结构面非饱和渗流机理96

3.5.2 入侵概念模型与张开度分布97

3.5.3 非饱和水力参数模型100

3.6 岩体的渗透特性与渗透张量102

3.6.1 岩体渗透介质类型102

3.6.2 岩体渗透张量104

主要参考文献108

第4章 岩体表征单元体与力学参数研究112

4.1 岩体表征单元体112

4.1.1 表征单元体的概念113

4.1.2 岩体的尺度及其与REV的关系115

4.1.3 岩体力学模型的选取116

4.1.4 岩体表征单元体的存在性118

4.2 岩体表征单元体的确定方法120

4.2.1 能量叠加法（ESM）121

4.2.2 地质统计法（GSM）123

4.2.3 数值试验法（NSM）124

4.3 岩体力学参数127

4.3.1 岩体力学参数的含义与特征127

4.3.2 岩体力学参数的尺寸效应130

4.3.3 岩体力学参数的工程意义134

4.4 岩体力学参数取值方法136

4.4.1 基于岩体质量分类的参数取值方法136

4.4.2 基于岩体REV的参数取值方法138

4.4.3 岩体力学参数的反演分析144

主要参考文献150

第5章 岩体多场耦合机理研究152

5.1 结构面渗流与变形耦合机理152

5.1.1 法向荷载作用下结构面渗流与变形的耦合机理152

5.1.2 压剪荷载作用下结构面渗流与变形的耦合机理154

5.1.3 结构面渗流的广义立方定理156

5.2 岩块渗流与变形耦合机理162

5.2.1 岩块渗流与变形耦合基本规律162

5.2.2 岩块渗流与变形耦合模型163

5.3 岩体渗流与变形耦合机理166

5.3.1 岩体渗流与变形耦合机理的研究方法166

5.3.2 岩体渗流与应力耦合模型167

5.3.3 应变敏感的岩体渗透张量模型168

5.4 岩体温度—变形—渗流耦合机理174

5.4.1 岩石温度与变形耦合机理174

5.4.2 岩石温度与渗流耦合机理176

5.4.3 岩体温度—变形—渗流耦合模型178

主要参考文献183

第6章 岩体工程作用效应研究188

6.1 岩体开挖效应188

6.1.1 岩体开挖松动区的定义及形成机理189

6.1.2 岩体开挖的损伤区和破坏区189

6.1.3 岩体爆破开挖过程的动态卸载松动机理192

6.1.4 松动岩体的工程特性194

6.2 岩体开挖爆破损伤196

6.2.1 爆破开挖诱发的动力荷载196

6.2.2 爆炸荷载作用下岩体的动力损伤198

6.3 岩体的锚固效应201

6.3.1 锚杆支护的锚固机理201

6.3.2 岩体锚固系统及群锚效应202

6.3.3 加锚岩体的力学特性203

6.4 岩体灌浆加固效应207

6.4.1 灌浆充填机理208

6.4.2 灌浆流体运动规律209

6.4.3 岩体灌浆效果210

主要参考文献213

第7章 岩体应力场有限单元法数值模拟研究217

7.1 有限单元法分析基本原理217

7.2 岩体地应力场数值模拟219

7.2.1 初始地应力场的位移反分析方法220

7.2.2 初始地应力场的回归反分析方法230

7.2.3 基于多源信息的初始地应力场反分析方法231

7.3 岩体施工开挖及锚固支护数值模拟245

7.3.1 岩体施工开挖数值模拟245

7.3.2 岩体锚固支护数值模拟248

7.4 工程实例251

7.4.1 工程概况251

7.4.2 有限元模型与计算条件252

7.4.3 边坡施工过程中的应力—变形分析254

主要参考文献259

第8章 岩体渗流场有限单元法数值模拟研究261

8.1 渗流场有限元法分析原理261

8.1.1 连续介质渗流控制微分方程261

8.1.2 渗流方程定解条件262

8.1.3 渗流场的有限元计算格式262

8.1.4 渗流量的计算方法263

8.2 无压渗流及渗控结构数值模拟264

8.2.1 求解渗流自由面的加密高斯点法265

8.2.2 有自由面渗流问题的变分不等式方法267

8.2.3 排水孔幕数值模拟的SVA法268

8.2.4 分析算例272

8.3 岩体裂隙网络渗流分析277

8.3.1 结构面网络几何分析277

8.3.2 结构面网络渗流分析280

8.3.3 网络渗流算例282

8.4 降雨入渗非饱和渗流场数值模拟284

8.4.1 数学模型284

8.4.2 定解条件285

8.4.3 有限元计算格式286

8.4.4 降雨入渗工程算例287

主要参考文献291

第9章 岩体应力场渗流场DDA数值模拟研究293

9.1 DDA方法分析原理293

9.1.1 块体单元的位移模式294

9.1.2 总体的平衡方程294

9.1.3 接触界面的约束条件295

9.2 岩体应力场DDA数值模拟297

9.2.1 位移收敛准则298

9.2.2 速度收敛准则298

9.2.3 加速度收敛准则298

9.2.4 算例与有效性检验299

9.3 岩体施工开挖DDA数值模拟303

9.3.1 岩体开挖的DDA计算方法304

9.3.2 算例分析306

9.4 岩体锚固支护DDA数值模拟311

9.4.1 锚杆计算模型312

9.4.2 锚杆单元的刚度矩阵312

9.4.3 锚杆单元的预应力矩阵313

9.4.4 算例分析313

9.5 基于DDA的岩体渗流—应力耦合分析315

9.5.1 裂隙网络的渗流分析316

9.5.2 作用于裂隙的水压荷载矩阵317

9.5.3 基于DDA的岩体水力耦合分析319

9.5.4 基于DDA的岩体非饱和水力耦合分析320

主要参考文献326

第10章 岩体多场广义耦合数值模拟研究328

10.1 岩体多场耦合数学模型328

10.1.1 基本假设329

10.1.2 动量守恒方程329

10.1.3 水体质量守恒方程331

10.1.4 气体质量守恒方程335

10.1.5 能量守恒方程336

10.1.6 控制方程汇总337

10.2 岩体多场广义耦合数值计算格式339

10.2.1 问题描述339

10.2.2 有限元计算格式340

10.3 岩体THM耦合过程及数值模拟343

10.3.1 若干THM耦合数学模型的比较343

10.3.2 饱和岩体的THM耦合过程348

10.3.3 HM耦合过程349

10.4 岩体THM耦合过程算例350

10.4.1 HM耦合过程中坝基岩体渗透特性的演化规律350

10.4.2 深埋洞室开挖引起的HM耦合过程352

10.4.3 锦屏二级水电站岩体的HM耦合及隧洞涌水预测354

主要参考文献364

后记367