岩土破损力学 二元介质本构模型

本书系统地介绍岩土破损力学：二元介质本构模型的基本概念、多种岩土材料（结构性土、胶结混合土、冻土、冻融作用的尾矿料、岩石、多晶冰）的本构模型、强度准则以及数值模拟。全书共分六章，主要内容为岩土破损力学：二元介质模型概论、二元介质本构模型、宏-细观二元介质本构模型、多尺度二元介质本构模型、基于二元介质模型的强度准则、二元介质本构模型的有限元计算。其重要目的是为土木、水利、道路、桥梁、建筑等各类建筑物的地基、土石坝、尾矿坝及土工结构的应力-应变分析和变形计算等方面提供理论分析基础。本书可作为土木、水利、建筑专业的科研工作者、工程技术人员的参考用书，也可供高等院校相关专业的研究生和本科高年级学生使用。

第1章 岩土破损力学：二元介质模型概论 1
第1.1节 岩土破损力学的基本概念 1
1.1.1 岩土材料的力学特性 1
1.1.2 岩土材料的结构类型 3
1.1.3 岩土材料的研究层次 4
1.1.4 岩土破损力学的研究对象和概念 5
1.1.5 岩土破损力学与现有岩土分析理论的区别 8
第1.2节 二元介质概念及其物理试验基础 9
1.2.1 理想固体与二元介质概念 9
1.2.2 岩土结构块破损机理 13
1.2.3 椭圆结构块的破损准则 20
第1.3节 二元介质模型的全量形式 21
1.3.1 一般公式 21
1.3.2 理想脆弹塑性模型 23
1.3.3 黄土的二元介质模型 26
1.3.4 超固结土的二元介质模型 31
第1.4节 二元介质模型的增量形式 35
1.4.1 单元体的应力应变关系 36
1.4.2 基于局部应变系数的二元介质本构关系 37
1.4.3 基于局部应力系数的二元介质本构关系 40
1.4.4 二元介质模型的参数确定方法 43
第1.5节 二元介质模型的热力学基础 46
1.5.1 二元介质模型的应力应变表达式 46
1.5.2 质量守恒与动量守恒方程 46
1.5.3 能量守恒方程 47
1.5.4 热力学第二定律 48
1.5.5 热传导及流体质量传输 48
1.5.6 方程总结 49
第1.6节 多尺度二元介质本构模型框架 49
1.6.1 岩土材料多尺度概念 49
1.6.2 多尺度二元介质本构模型框架 50
附录1.I：系数b的推导过程 51
第2章 二元介质本构模型 52
第2.1节 结构性土的二元介质本构模型 52
2.1.1 结构性土的破损机理 52
2.1.2 结构性土的应力应变关系 53
2.1.3 模型参数确定方法 57
2.1.4 三轴压缩试验结果验证 62
第2.2节 胶结混合土的二元介质本构模型 66
2.2.1 胶结混合土的破损机理 66
2.2.2 胶结混合土的二元介质本构模型 69
2.2.3 模型参数确定 74
2.2.4 模型验证 76
第2.3节 多晶冰的二元介质本构模型 78
2.3.1 多晶冰的应力应变关系 78
2.3.2 胶结元和摩擦元的应力应变关系 81
2.3.3 破损率与应变集中系数 82
2.3.4 模型验证 83
第2.4节 岩石的二元介质本构模型 87
2.4.1 完整岩样的二元介质本构模型 87
2.4.2 节理岩样的二元介质本构模型 91
第2.5节 冻土的二元介质本构模型 100
2.5.1 二元介质本构模型的建立 100
2.5.2 模型参数确定 104
2.5.3 模型验证 107
第3章 宏-细观二元介质本构模型 109
第3.1节 考虑细观变形机理的冻融尾矿料的二元介质本构模型 109
3.1.1 尾矿料细观变形机制 109
3.1.2 尾矿料二元介质本构模型 111
3.1.3 模型参数确定 117
3.1.4 三轴应力状态下二元介质本构模型的具体表达式 123
3.1.5 模型计算结果与分析 124
第3.2节 冻土的宏-细观二元介质本构模型 126
3.2.1 宏-细观二元介质本构模型的建立 126
3.2.2 模型参数确定 130
3.2.3 模型验证 136
第3.3节 结构性土的宏-细观二元介质本构模型 137
3.3.1 二元介质本构模型 138
3.3.2 胶结元、摩擦元的本构关系及模型参数 140
3.3.3 破损率 144
3.3.4 局部应变集中张量的确定 145
3.3.5 宏-细观二元介质本构模型验证与分析 150
第3.4节 多孔隙岩石的宏-细观二元介质本构模型 153
3.4.1 多孔岩石的二元介质模型 153
3.4.2 模型的数值实施 157
3.4.3 珊瑚礁灰岩验证 161
附录3.I：二元介质模型的宏观切线模量的推导 168
第4章 多尺度二元介质本构模型 169
第4.1节 基于物质组分的冻土二元介质本构模型 169
4.1.1 冻土的多尺度弹塑性建模方法 169
4.1.2 冻土的多尺度弹塑性本构模型 171
4.1.3 胶结元和摩擦元的本构关系式 177
4.1.4 本构模型的参数确定和验证 180
第4.2节 岩石的宏-细-微观二元介质本构模型 185
4.2.1 泥岩三尺度本构模型的建立思路 185
4.2.2 泥岩的三尺度本构模型 186
4.2.3 三尺度本构模型试验验证 195
第4.3节 冻土的多尺度二元介质本构模型 199
4.3.1 本构模型理论框架 199
4.3.2 冻土宏-细-微观二元介质本构模型 200
4.3.3 模型参数确定和验证 208
4.3.4 模型讨论 211
附录4.I：胶结元应变集中张量的推导 213
附录4.II：摩擦元应变集中张量的推导 213
附录4.III：胶结元刚度张量 214
第5章 基于二元介质模型的强度准则 216
第5.1节 结构性土的强度准则 216
5.1.1 结构性土的剪切强度 216
5.1.2 结构性土的强度表达式 220
第5.2节 初始应力各向异性结构性土的强度准则 223
5.2.1 初始应力各向异性结构性土的剪切强度表达式 223
5.2.2 初始应力各向异性结构性土的强度准则验证 224
第5.3节 冻土的多尺度强度准则 228
5.3.1 冻土的强度发挥机理及构建方法 228
5.3.2 多尺度强度准则 230
5.3.3 强度准则的验证与讨论 236
第6章 二元介质本构模型的有限元计算 241
第6.1节 岩土类材料破损过程的二元介质模拟 241
6.1.1 基于二元介质模型的模拟方法 241
6.1.2 模拟算例分析 243
第6.2节 二元介质本构模型的比奥固结计算分析 245
6.2.1 初始应力各向异性结构性土的二元介质本构模型 245
6.2.2 二元介质模型的比奥固结有限元格式 248
6.2.3 结构性土的侧限压缩试验模拟 249
6.2.4 天然地基沉降算例分析 251
6.2.5 天然边坡算例分析 253
第6.3节 二元介质模型在黄土增湿变形分析中的应用 255
6.3.1 黄土的二元介质模型简介 255
6.3.2 广义有效应力公式 257
6.3.3 有限元公式 257
6.3.4 单轴压缩试验模拟分析 259
6.3.5 载荷板浸水试验分析 260
参考文献 262