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岩土工程有限元分析: 应用
	定价	120.00
	出版社	科学出版社
	版次	1
	出版时间	2010年05月
	开本	16开
	作者	[英] 波茨，[英] 斯察维奇 著；谢新宇 等 译
	装帧	平装
	页数	349
	字数	441000
	ISBN编码	9787030276711

内容介绍
　　《岩土工程有限元分析：应用》系统介绍了岩土工程数值分析理论及相关知识，阐述了数值计算的优势及不足、限制和缺陷，帮助读者对数值分析结果作出准确判断。内容覆盖岩土参数的确定、隧道、挡土结构、挖方边坡、填方边坡、浅基础、深基础、程序基准测试、有限元的局限性及不足等方面。为使读者对有限元数值分析有全面深入的了解，《岩土工程有限元分析：理论》侧重工程应用，理论部分在《岩土工程有限元分析：应用》中介绍。
　　《岩土工程有限元分析：应用》可作为岩土工程及结构工程专业研究生教材，也可供广大土木工程领域的工程技术人员和科研人员学习参考。

作者介绍
　　David M.Potts，英国皇家工程院院士，英国岩土工程协会会员。在伦敦国王学院获得土木工程专业学士学位，后又相继获得剑桥大学哲学博士学位和伦敦帝国理工学院理学博士学位，博士毕业在剑桥大学工作一段时间后，到荷兰shell Research Laboratories从事海洋岩土工程研究。1979年回到伦敦帝国理工学院工作，现任土木及环境工程系副主任，岩土工程专业教授，发表了大量的学术论文并荣获各种奖章和奖励。同时也是英国GCG计算有限公司经理，并在国际土力学及基础工程协会英国土木工程师协会英国结构工程师学会及英国标准协会担任要职。

　 　Lidija Zdravkovic，南斯拉夫贝尔格莱德大学结构工程专业学士毕业，又在该校获得岩土工程专业硕士学位后留校工作，从事结构工程和岩土工程的教学科研及咨询工作，1992年到伦敦帝国理工学院从事土体各向异性试验研究，1996年获得博士学位。此后一直在伦敦帝国理工学院从事岩土试验研究及数值分析，目前是高级讲师，英国岩土工程协会和英国土木工程师协会会员。

关联推荐
　　本书基于作者30年来发展的岩土工程有限元分析软件(ICFEAP)，并结合了室内试验、本构模型研究，以及大量现场试验成果，开创了有限元分析在岩土工程实践中全面应用的先河。
　　《岩土工程有限元分析：应用》主要介绍有限元在实际工程中的应用，即具体如何运用，有哪些优缺点及存在的局限性，这不仅对软件使用者，而且对评价有限元计算结果的工程师都非常重要。

目录
译者的话
前言
第1章 岩土参数的确定
1.1 引言
1.2 概述
1.3 室内试验
1.3.1 简介
1.3.2 固结试验
1.3.3 三轴试验
1.3.4 真三轴试验
1.3.5 直剪试验
1.3.6 单剪试验
1.3.7 环剪试验
1.3.8 空心圆柱试验
1.3.9 定向剪切试验
1.3.10 地球物理技术
1.3.11 渗透试验
1.4 原位试验
1.4.1 简介
1.4.2 标准贯入试验
1.4.3 圆锥贯入试验
1.4.4 旁压试验
1.4.5 平板载荷试验
1.4.6 抽水试验
1.5 小结

第2章 隧道
2.1 引言
2.2 概述
2.3 隧道施工
2.3.1 简介
2.3.2 敞开式盾构
2.3.3 隧道掘进机（包括泥水盾构和土压平衡（EPB）掘进）
2.3.4 喷射混凝土衬砌法
2.3.5 地基对隧道开挖的响应
2.4 隧道施工过程的模拟
2.4.1 简介
2.4.2 初始条件的设定
2.4.3 重要的边界条件
2.4.4 隧道开挖的模拟
2.4.5 隧道衬砌的模拟
2.5 时间相关特性的模拟
2.5.1 简介
2.5.2 设置初始边界条件
2.5.3 水力边界条件
2.5.4 渗透模型
2.5.5 透水与不透水隧道衬砌影响的参数研究
2.6 土体模型的选择
2.6.1 简介
2.6.2 参数研究的结果
2.6.3 提高地表沉降预测水平的方法
2.7 相互作用分析
2.7.1 建筑物刚度对隧道开挖引起的地基位移的影响
2.7.2 财政部大楼——实例研究
2.7 3双隧道间的相互作用
2.8 小结

第3章 挡土结构
3.1 引言
3.2 概述
3.3 挡土墙的形式
3.3.1 简介
3.3.2 重力式挡土墙
3.3.3 加筋／加锚挡土墙
3.3.4 嵌入式挡土墙
3.4 一般考虑
3.4.1 简介
3.4.2 对称性
3.4.3 有限元模型的几何形状
3.4.4 支承系统
3.4.5 本构模型的选择
3.4.6 初始土层条件
3.4.7 施工方法和过程
3.5 重力式挡土墙
3.5.1 简介
3.5.2 由压实产生的土压力
3.5.3 有限元分析
3.6 加筋土挡土墙
3.6.1 简介
3.6.2 有限元分析
3.7 嵌人式挡土墙
3.7.1 简介
3.7.2 安装效应
3.7.3 墙的模拟
37.4 支承系统
3.7.5 长期性能和工后效应
3.7.6 邻近结构物
3.8 小结
附录Ⅲ.1 应力水平

第4章 挖方边坡
4.1 引言
4.2 概述
4.3 非软化分析
4.3.1 简介
4.3.2 非软化硬黏土中的挖方边坡
4.3.3 软黏土中的挖方边坡
4.4 渐进破坏
4.5 软化分析
4.5.1 简介
4.5.2 本构模型的选择
4.5.3 收敛的意义
4.5.4 伦敦黏土中的挖方边坡
4.6 水下挖方边坡施工
4.7 小结

第5章 填方边坡
5.1 引言
5.2 概述
5.3 堆石坝有限元分析
5.3.1 简介
5.3.2 典型应力路径
5.3.3 本构模型的选择
5.3.4 成层分析：层刚度和压实应力的模拟
5.3.5 实例：Road ford大坝分析
5.3.6 实例：夯实黏土心墙旧坝分析
5.4 土质堤坝的有限元分析
s.4.1 简介
5.4.2 填土的模拟
5.4.3 实例：伦敦黏土上的路堤
5.4.4 实例：carsington大坝的破坏
5.5 软黏土上路堤的有限元分析
5.5.1 简介
5.5.2 典型土体情况
5.5.3 本构模型的选择
5.5.4 土体加固模拟
5.5.5 实例：硬壳层的影响
5.5.6 实例：加固的影响
5.5.7 实例：分阶段修建
5.5.8 实例：各向异性土体特性的影响
5.6 小结

第6章 浅基础
6.1 引言
6.2 概述
6.3 基础形式
6.3.1 地表基础
6.3.2 浅层基础
6.4 土体模型的选择
6.5 地表基础有限元分析
6.5.1 简介
6.5.2 柔性基础
6.5.3 刚性基础
6.5.4 竖向荷载作用的例子
6.5.5 非均质黏土的不排水承载力
6.5.6 黏土上预压条形基础不排水承载力
6.5.7 强度各向异性对承载力的影响
……
第7章 深基础
第8章 程序基准测试
第9章 有限元的局限性及不足
参考文献

在线试读
　　由于室内试验试样的尺寸有限，这样得到的渗透系数无法代表原位渗透系数。例如，试样可能不会含有原位广泛存在的微裂隙。此外，粗粒土试样一般都是扰动土。基于这些原因，渗透系数原位试验结果与室内试验相比更具可靠性。但是，这种原位试验一般经济性较差。 　　原位土层的渗透性一般通过量测抽水井的排水量来确定。抽水井（钻孔）深入待测土层，试验中以恒定速率抽水。抽水过程降低了抽水井附近的水压，从而产生水力梯度使水流向抽水井。在离抽水井一定距离处设置观测井，当每个井内的水位达到稳定值时，记录此时的水位值，以此确定水压力场。根据这些结果，并利用达西定律就可以估计平均渗透系数。 　　然而，这种抽水试验只适用于透水性相对较高的土体，对一些黏土是不适用的。这种情况下，可将钻孔深入到黏土层，并对上覆土层作不透水处理，使水只从黏土层中渗流到钻孔中。量测钻孔内水位的增加率，再次利用达西定律，就可以确定渗透系数；或者，钻孔中可以注满水，通过量测水位的下降率，同样可以得到渗透系数。 　　……

《岩土工程的计算力学基石：深入理解与实践》 引言 岩土工程，作为土木工程领域不可或缺的学科，其核心在于理解和预测土壤、岩石等岩土介质在各种荷载作用下的变形与稳定行为。从高耸的摩天大楼地基，到浩瀚的地下隧道网络，再到庞大的水利枢纽工程，岩土工程的每一次突破都离不开对地下世界复杂力学特性的精准把握。然而，岩土介质的非均质性、非线性、各向异性以及与结构之间的相互作用，使得传统的解析方法往往难以应对实际工程中的复杂局面。 在这样的背景下，数值分析方法，特别是有限元分析（Finite Element Analysis, FEA），以前所未有的力量，为岩土工程师们打开了一扇通往微观世界的大门。它使得我们能够以更系统、更精细、更全面的视角来模拟和预测岩土体的响应，从而在设计阶段规避潜在风险，优化工程方案，确保工程的可靠性与安全性。 本书并非直接介绍某一个具体的应用案例，而是致力于构建一个坚实的理论框架与方法论基础，帮助读者深入理解岩土工程有限元分析的核心原理、关键技术以及其在实际工程问题中的普适性应用逻辑。我们将从最基础的概念出发，逐步深入，直至掌握如何运用有限元方法应对岩土工程中的挑战。 第一部分：有限元分析的理论基石与岩土力学的融合 在深入岩土工程的有限元应用之前，理解有限元分析的基本原理至关重要。本部分将首先阐述有限元方法的核心思想，即“离散化”与“插值”。我们将探讨如何将连续的岩土体域划分为有限数量的、形状简单的单元，并在这些单元内部通过一组节点来描述整体的位移场。 绪论：岩土工程中的数值分析需求 解析方法的局限性与数值方法的兴起。 有限元分析在土木工程，特别是岩土工程中的独特优势。 本书的学习目标与结构概述。 连续体离散化与单元概念 什么是有限元？单元的种类（三角形、四边形、三棱柱、四面体等）及其特性。 单元的插值函数（形函数）：位移的连续性与精度。 节点自由度：位移、转角等。 力学基本方程的弱形式 弹性力学的基本方程（平衡方程、几何方程、本构方程）。 虚功原理与变分原理：引出弱形式的必要性。 伽辽金法（Galerkin Method）等加权残差法的基本思想。 将偏微分方程转化为积分方程。 单元刚度矩阵与节点力向量的推导 应变-位移矩阵 ([B]矩阵) 的构建。 本构关系矩阵 ([D]矩阵) 的引入（弹性模量、泊松比等）。 单元刚度矩阵 ([k]e) 的计算：∫ BT D B dV。 单元等效节点力向量 ({f}e) 的推导：考虑体力、面力和分布力的等效。 整体刚度矩阵与整体方程的组装 单元刚度矩阵的组装：节点编号与整体坐标系的对应。 形成整体平衡方程：[K]{U} = {F}。 边界条件的施加：位移边界条件与力边界条件的统一处理。 方程组的求解 直接解法（高斯消元法、Cholesky分解法）与迭代解法（共轭梯度法等）。 矩阵的稀疏性与带宽优化。 应力与应变后处理 从节点位移计算单元应变。 基于单元应变和本构关系计算单元应力。 单元边界上的应力连续性问题与处理方法。 本构模型在有限元中的体现 线弹性本构模型：最基础的模型。 弹塑性本构模型：屈服准则（Mohr-Coulomb, Drucker-Prager等）、流动法则、硬化/软化准则。 非常规本构模型：考虑应力路径依赖、时间效应（蠕变）、固结（超固结）等。 本构模型对单元刚度矩阵和节点力向量的影响。 第二部分：岩土工程中的关键模拟技术 在掌握了有限元的基本分析框架后，本部分将聚焦于岩土工程领域特有的挑战，并介绍相应的模拟技术。我们将深入探讨如何将岩土体的复杂行为（如塑性流动、渗流、固结、接触等）有效地纳入有限元模型中，以及如何处理工程中常见的边界和荷载。 接触分析与界面模拟 岩土体与结构（桩、墙、基础）之间的接触问题。 接触面的建模：高强度弹簧单元、滑移线模型、无摩擦/摩擦接触。 界面本构模型：剪切强度、法向刚度。 接触非线性处理的算法。 渗流-固结耦合分析 多孔介质中流体流动与土体变形的相互作用（Terzaghi理论的数值体现）。 渗流控制方程（Darcy定律）与孔隙水压力。 固结过程中有效应力的变化与应力-应变关系。 耦合方程组的建立与求解策略。 渗流边界条件（恒定水头、单位流量、自由面）。 应力-应变路径与非线性行为 岩土体加载和卸载过程中应力-应变路径的非线性。 弹塑性模型的详细应用：应力状态的判断、屈服面的演化。 应力路径依赖性模拟：循环加载、卸载重载。 软化与硬化机制的模拟：边坡失稳、隧道塌方。 动力分析基础 运动方程：质量矩阵 ([M])、阻尼矩阵 ([C]) 与刚度矩阵 ([K]) 的关系。 瞬态动力响应：地震波传播、冲击荷载。 模态分析：特征值与特征向量的求解。 时程分析：中心差分法、Newmark-β法等。 断裂与破坏模拟 岩体裂缝的产生与扩展。 断裂力学概念在岩土工程中的应用。 基于位移或应力的破坏准则。 连续介质中的粗糙化模拟（Cohesive Zone Model）。 大型岩土工程的建模策略 几何模型的简化与特征提取。 网格划分的技巧与质量控制。 本构模型的选择与参数确定。 荷载与边界条件的合理设置。 并行计算与大规模问题的处理。 第三部分：工程问题的建模与解读 本部分将聚焦于岩土工程中的实际问题，结合前面介绍的理论与技术，详细阐述如何将现实工程转化为数值模型，并对计算结果进行科学的解读。我们将强调从工程问题出发，反向思考建模的关键要素。 地基基础设计中的应用 浅基础与深基础的承载力与变形分析。 考虑土体非线性和固结效应。 桩土相互作用的模拟。 基础沉降的预测与控制。 边坡稳定分析 静态边坡稳定性与极限平衡方法的对比。 考虑土体强度折减与孔隙水压力。 边坡变形与滑移面的预测。 加固措施（挡土墙、锚杆）的效果评估。 地下结构分析（隧道、基坑） 隧道开挖过程中的应力重分布与围岩响应。 基坑开挖引起的土体变形与对周边环境的影响。 支撑结构（喷射混凝土、钢拱架、锚杆）的作用。 渗流对基坑稳定性的影响。 水工结构与土石坝工程 土石坝的渗流与稳定性分析。 水压力、地震荷载对大坝的影响。 固结与徐变效应。 工程案例的解析与反思 选择典型的工程案例，演示如何进行建模、参数选取、边界条件设置。 对计算结果进行深入分析，与理论计算、现场监测数据进行对比。 讨论模型的局限性与优化方向。 强调结果解释的工程意义与决策支持作用。 结语 有限元分析为岩土工程的研究与实践带来了革命性的变革。它不仅是一种强大的计算工具，更是一种严谨的思维方式。通过对岩土体行为的细致模拟，我们能够更深刻地理解其内在的力学机制，更有效地评估工程风险，从而设计出更安全、更经济、更可持续的岩土工程。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，帮助您掌握岩土工程有限元分析的核心理念与关键技术，并将其融会贯通，灵活应用于解决您所面临的实际工程问题。我们相信，扎实的理论基础与熟练的实践技巧相结合，将使您在岩土工程领域取得更大的成就。