作　者： 张发明 著 丛 书 名：岩土工程国家重点学科专著系列出 版 社： 科学出版社ISBN：9787030193698 出版时间：2007-07-01版　次：1页　数：428装　帧：精装开　本：16开所属分类：图书 > 科学与自然 > 地质学

《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》结合多尺度地质结构面的几何模拟理论，系统阐述了对工程建设有直接影响的工程尺度、统计尺度地质结构的几何模拟方法，着重介绍了多尺度结构几何模拟在工程岩体稳定分析与加固设计中的应用，讨论了基于多尺度地质体几何模拟的工程场地适宜性评价方法，简要介绍了有关地质结构几何建模在工程应用中的程序设计方法，并附有主要工程应用源程序。

《多尺度三维地质结构几何模拟与工程应用》可供水利、水电、地质、矿山、土木、交通、计算机信息技术等领域的科技人员和相关专业高等院校的师生参考，同时可作为地质工程专业研究生三维地质建模课程的教学用书或教学参考书。

前言

第一章 绪论

1.1 多尺度的含义与尺度效应

1.2 多尺度地质结构三维计算机仿真的背景

1.3 多尺度地质结构建模技术现状

1.3.1 三维地质模型建模技术的研究现状

1.3.2 国外应用程序的开发现状

1.3.3 国内应用程序的开发现状

1.3.4 地质结构三维建模在水利水电工程中的应用现状

1.4 多尺度地质结构三维仿真的应用前景

参考文献

第二章 多尺度地质结构面信息获取方法

2.1 岩体结构的空间特征

2.2 区域尺度地质结构面信息获取方法

2.2.1 地质雷达测量技术

2.2.2 遥感测量技术

2.2.3 反射波法地震映像勘探

2.2.4 高密度电法勘探

2.2.5 磁法勘探

2.3 工程尺度结构面信息获取方法

2.3.1 野外地质露头调查方法

2.3.2 地质构造的调查

2.3.3 近景摄影测量法

2.3.4 工程地质钻探

2.4 统计尺度结构面信息获取方法

2.4.1 结构面调查统计均质区的确定

2.4.2 露头面的选择

2.4.3 结构面的野外测量方法及描述

参考文献

第三章 工程尺度结构面三维几何模拟理论与方法

3.1 概述

3.2 地质结构三维模拟模型

3.2.1 人工神经网络模型

3.2.2 地质体三维模拟方法

3.3 地形面与地质分界面拟合几何建模方法

3.3.1 三角B-B曲面的地形模拟

3.3.2 基于三维散乱数据地形面的构造

3.3.3 特殊地形的模拟

3.4 地层层面的模拟

3.4.1 层状结构面的建模

3.4.2 层面几何模拟的人工神经网络法

3.5 褶皱构造的模拟

3.5.1 褶皱构造建模的基本理论

3.5.2 褶皱构造建模的方法

3.6 单一断层的模拟

3.6.1 断层的空间表示方法

3.6.2 断层建模方法

3.6.3 基于钻孔数据的断层建模过程

参考文献

第四章 统计尺度地质结构面三维几何模拟

4.1 结构面自然特征的定量描述

4.1.1 结构面规模

4.1.2 结构面产状

4.1.3 结构面间距

4.1.4 结构面延展性

4.1.5 结构面粗糙度

4.1.6 结构面组数

4.1.7 结构面张开度和填充物

4.1.8 岩石块体大小

4.2 结构面发育规律的统计研究

4.2.1 结构面系统的特点

4.2.2 结构面分布的统计规律性

4.3 结构面实测数据的统计方法

4.3.1 结构面分组

4.3.2 结构面几何参数的统计

4.4 结构面几何参数误差的分类及来源

4.4.1 采样误差

4.4.2 统计误差

4.4.3 测量误差

4.4.4 结构面产状测量误差的纠正

4.4.5 结构面迹长的测量误差

4.4.6 结构面密度的取样误差及修正

4.5 裂隙岩体三维结构面网络模拟方法

4.5.1 结构面几何参数的概率分布统计特征

4.5.2 Monte－Carlo随机模拟方法

4.5.3 结构面几何参数的模拟理论

4.5.4 结构面密度的确定

4.5.5 结构面位置的确定

4.6 结构面三维网络模拟的计算机实现

4.7 结构面三维网络图像的可视化方法

4.7.1 结构面三维网络模拟可视化方法

4.7.2 3DNET程序简介

参考文献

第五章 复杂地质体三维几何模拟理论与算法

5.1 复杂地质体三维模拟的基本思路

5.2 断裂型地质体的三维建模技术

5.2.1 断层网络建模技术

5.2.2 断裂岩体的实体建模技术

5.2.3 长大结构面的模拟

5.3 褶皱型地质体的三维建模技术

5.3.1 常见的褶皱模型

5.3.2 褶皱实体建模技术

5.4 曲面与曲面求交算法

5.5 平面与曲面相交的算法

5.6 地质剖面切取算法

5.6.1 一般性剖面的切取算法

5.6.2 特殊剖面切取

5.6.3 统计尺度结构面在剖面上的求解

5.7 三维地质体可视化的开发环境简介

5.7.1 OpenGL的基本功能

5.7.2 OpenGL的开发环境

5.7.3 IDL简介

5.8 复杂地质体三维可视化实现过程

5.8.1 基于钻孔数据的三维地质结构建模

5.8.2 建模基本原理

5.8.3 插密

5.8.4 钻孔数据的组织与管理

5.8.5 地质体模型的各种交互显示

5.8.6 地质体模型管理器

5.9 三维地质结构模拟可视化软件3DGEOLOGY简介

5.9.1 数据库建立过程

5.9.2 钻孔数据输入

5.9.3 程序部分原代码

参考文献

第六章 基于三维地质结构模拟的岩体质量评价

6.1 基于地质体三维模拟的RQD确定

6.1.1 RQD的概念

6.1.2 从地质体三维模拟图上测量RQD

6.2 岩体质量评价方法与标准

6.2.1 岩体质量分级方法的现状

6.2.2 岩体质量评价标准

6.3 基于三维地质结构图像的岩体质量综合评价

6.3.1 利用三维地质结构图像确定部分岩体质量评价因子的方法

6.3.2 坝基岩体的工程质量预测

6.3.3 工程岩体质量评价及分级程序ROCKCLASS编制

6.3.4 边坡岩体工程地质分类

6.4 三维地质结构模拟在坝基抗滑稳定分析中的应用

6.4.1 坝基滑动破坏的类型

6.4.2 坝基岩体抗滑稳定性评价的基本步骤

6.4.3 坝基抗滑稳定分析

6.4.4 工程实例——宜兴抽水蓄能电站上水库坝基抗滑稳定分析

6.5 基于结构面多尺度三维网络的岩体工程地质分类实例

6.5.1 围岩分类的基本依据和分类方法

6.5.2 围岩分类工程实例

……

第七章 基于统计尺度结构面模拟的岩体强度确定

7.1 裂隙连通率的定义

7.2 基于岩体结构仿真图像的三维裂隙连通率确定方法

7.3 基于模拟退火算法的三维连通率计算

7.4 裂隙岩体综合抗剪强度取值方法

7.5 工程应用实例

参考文献

第八章 基于地质结构模拟的边坡多尺度稳定分析

8.1 岩石高边坡多尺度稳定性评价方法

8.2 工程尺度边坡结构体稳定分析

8.3 基于三维地质结构模拟的随机楔体搜索方法

8.4 随机楔体的稳定分析

8.5 基于裂隙网络模拟的岩石高边坡潜在滑裂面的确定

8.6 小湾电站地下厂房进水口高边坡随机楔体稳定分析

8.7 天荒坪“3.2 9滑坡”三维地质结构模拟与滑动面搜索实例

参考文献

第九章 基于地质结构模拟的围岩块体稳定分析

9.1 概述

9.2 地下工程岩体结构的工程尺度三维几何模拟

9.3 基于工程尺度结构面控稳的围岩稳定块体分析

9.4 基于统计尺度结构面模拟的随机块体稳定性评价

9.5 多尺度地下工程围岩稳定分析可视化程序3DBlock

9.6 西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩块体稳定分析实例

参考文献

第十章 锚固效应及基于地质结构模拟的锚固设计

10.1 概述

10.2 预应力锚固效应

10.3 工程尺度结构体预应力锚固优化设计理论

10.4 基于统计尺度结构面模拟的系统锚固设计

10.5 工程尺度块体锚固设计工程实例

10.6 统计尺度块体锚固设计工程实例

参考文献

第十一章 基于岩体结构模拟的裂隙渗流与排水设计

11.1 裂隙岩体渗透张量计算的Snow方法

11.2 基于裂隙张量的渗透能量确定方法——Oda法

11.3 基于裂隙网络的神经追踪法确定裂隙岩体的渗透张量

11.4 基于裂隙网络的最优排水系统设计方法

参考文献

第十二章 基于地质结构模拟的工程场地适宜性评价

12.1 概述

12.2 地质环境评价的数据采集

12.3 地质环境工程适宜性评价方法

12.4 地质环境工程适宜性评价AHP-R软件开发

12.5 长江江苏段岸线地质环境工程适宜性评价实例

参考文献

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本书介绍了作者带领的研究团队十多年来在大型土木结构损伤多尺度模拟与分析领域的主要研究成果及其在结构抗震分析、桥梁疲劳损伤预后分析中的应用。本书主要内容包括：微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析，不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法，结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法，结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证，损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析，混凝土结构损伤演化致失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析，以及大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟。本书同时介绍了这些理论与方法在钢筋混凝土框架结构损伤失效分析与重大桥梁工程结构疲劳损伤演化过程模拟中的应用。

第一章绪论

第二章微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析

2.1金属结构焊接区的微细观缺陷及其演化特性

2.1.1焊接结构内部缺陷探测

2.1.2两类主要初始缺陷

2.1.3细观裂纹演化特性

2.1.4细观孔洞演化特性

2.2焊接区域损伤演化的分形特征

2.2.1分形的概念

2.2.2焊接损伤区域裂纹扩展的分形特征

2.2.3细观孔洞演化过程中的分形维数

2.3多尺度同步观测与分析获得的钢结构疲劳损伤跨尺度演化特征

2.3.1观测方法

2.3.2疲劳裂纹萌生机制分析

2.3.3疲劳裂纹扩展规律

2.3.4疲劳裂纹萌生过程中的损伤多尺度特征分析

2.3.5宏细观损伤与结构响应的关联性分析

2.3.6易损部位损伤导致的结构响应非线性效应

2.4混凝土类脆性材料细宏观损伤特征及其演化特性

2.4.1混凝土在材料层次上的微细宏观损伤特征及演化特性

2.4.2构件和结构层次上的混凝土损伤特征及演化特性

第三章不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法

3.1焊接损伤区的分形损伤跨尺度表征

3.1.1含细观裂纹的焊接区域中分形损伤跨尺度表征

3.1.2含细观孔洞的焊接区域中分形损伤跨尺度表征

3.2金属疲劳损伤多尺度表征及其跨尺度演化规律

3.2.1微裂纹成核与扩展行为

3.2.2疲劳损伤变量的定义

3.2.3描述疲劳微裂纹成核与扩展行为的多尺度损伤演化方程

3.2.4模型参数反演与模型验证

3.3脆性材料中分布式微裂纹的损伤表征方法

3.3.1含大量分布裂纹的无限大脆性固体的细观力学模型

3.3.2微裂纹对混凝土材料宏观性能的影响

3.4由微裂纹跨尺度扩展主导的混凝土损伤演化过程数值模型

3.4.1模拟准则与建模流程

3.4.2裂纹扩展准则

3.4.3裂纹扩展过程中的各种扩展形态的模拟

3.4.4数值模拟案例

3.5构件与结构中的耗能型损伤的表征与量化方法

3.5.1构件与结构耗能型损伤表征的思路及原理

3.5.2构件与结构耗能型损伤量化方法

3.5.3常用的工程结构损伤指标

3.5.4典型钢筋混凝土框架结构的损伤量化分析

3.6钢架结构局部与整体损伤的表征与量化方法

3.6.1易损局部的特征及其定义

3.6.2结构损伤演化过程分析中的各层次代表性体元及其尺度特征

3.6.3构件层次上的损伤表征与量化方法

3.6.4结构层次上的损伤表征与量化方法

3.6.5各类典型钢架结构的损伤量化方法

3.6.6节点处的损伤对结构损伤的影响

3.6.7框架结构中构件层次损伤与结构层次损伤之间的关联性

3.6.8结构损伤模拟与量化分析案例：门式钢框架结构

第四章结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法

4.1结构损伤多尺度分析的基本方程

4.1.1串行嵌套多尺度方法的基本方程

4.1.2一致多尺度方法的基本方程

4.2串行嵌套式多尺度计算方法

4.2.1物理平均化方法

4.2.2数学渐进均匀化方法

4.2.3两种方法的联系与区别

4.3一致多尺度计算方法及跨尺度界面单元衔接

4.3.1跨尺度界面位移协调方法

4.3.2跨尺度界面应力连续方法

4.3.3约束方程由局部坐标系到整体坐标系的转换

4.4考虑局部损伤演化的结构抗震性能多尺度分析方法

4.4.1地震荷载下钢材损伤演化率与损伤本构关系

4.4.2钢结构地震损伤多尺度分析方法及其实施流程

4.4.3细观损伤演化对连接构件抗震性能的影响

4.4.4由损伤演化导致的钢桁架结构失效进程的分析

第五章结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证

5.1基于ABAQUS软件二次开发的结构损伤分析算法

5.1.1UMAT及其调用方法

5.1.2UMAT子程序的实施流程

5.1.3弹塑性状态和损伤状态的决定

5.1.4耦合材料损伤的应力更新算法

5.1.5一致切线模量的定义和求解

5.1.6实施过程中的主要问题和注意事项

5.1.7ABAQUS内核语言Python及基本功能

5.2嵌套多尺度方法的算法流程及其有效性验证

5.2.1基于均匀化方法的嵌套多尺度分析的算法流程

5.2.2嵌套多尺度方法的算法与程序验证

5.3一致多尺度方法的算法流程及其验证

5.3.1结构损伤一致多尺度计算的流程

5.3.2一致多尺度方法的有效性验证

第六章损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析

6.1混凝土梁损伤演化致失效的多尺度分析方法

6.1.1混凝土梁损伤跨尺度演化分析模型

6.1.2四点弯曲梁损伤算例分析

6.2损伤跨尺度演化导致的混凝土梁强度的尺寸效应

6.2.1三点弯曲梁损伤多尺度模型

6.2.2计算结果与分析

6.2.3混凝土梁尺寸效应的发生机理分析

6.3钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度模拟

6.3.1钢筋混凝土拉拔构件细观损伤分析模型

6.3.2钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度模拟

6.3.3钢筋混凝土粘结界面损伤多尺度分析

6.4钢筋混凝土构件损伤演化致失效过程的自适应模拟与计算方法

6.4.1基于材料细观构造图像的混凝土细观模型建立方法

6.4.2混凝土材料细观损伤演化过程模拟的基本方程

6.4.3混凝土构件损伤跨尺度演化过程的自适应模拟与分析的策略

6.4.4混凝土损伤演化跨尺度自适应分析的有限元基本方程

6.5混凝土构件损伤演化致失效的自适应模拟与分析案例

6.5.1钢筋混凝土拉拔损伤演化过程的细观数值模拟

6.5.2混凝土柱在模拟地震荷载下的损伤演化致失效分析

第七章混凝土损伤演化致结构失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析

7.1混凝土结构损伤演化过程的多尺度跨层次自适应模拟策略

7.2损伤演化多尺度跨层次分析的区域自适应有限元理论

7.2.1损伤多尺度跨层次演化过程自适应分析的区域变分原理

7.2.2损伤多尺度跨层次演化过程自适应分析的有限元方程组

7.3混凝土框架结构损伤演化致失效的多尺度跨层次自适应分析

第八章大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟

8.1高、低周疲劳交互作用下的疲劳损伤多尺度模拟与分析方法

8.1.1高、低周疲劳交互作用下的疲劳损伤演化方程

8.1.2多尺度疲劳损伤模型的参数反演与模型验证

8.2考虑钢材内部微观缺陷的高低周疲劳损伤多尺度模拟与分析方法

8.2.1考虑钢材微观构造的疲劳损伤多尺度模拟与分析方法

8.2.2基于钢材微观构造图像的高低周疲劳损伤多尺度模拟与分析方法

8.2.3疲劳短、长裂纹共同扩展导致的疲劳损伤演化过程分析案例

8.3大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤累积过程分析方法

8.4昂船洲大桥钢箱梁结构疲劳损伤多尺度跨层次演化过程模拟

参考文献 2100433B

本项目以解决重大工程的动力灾变研究计划中提出的核心科学问题重大工程动力灾变的关键效应中的材料、构件和结构的非线性动力效应科学问题为研究目标，采用结构缩尺试样的损伤实验研究、结构多尺度模拟和数值仿真分析等研究手段，通过重大工程结构在灾害载荷下损伤破坏过程的非线性动力效应的多尺度模拟与分析，揭示其中的非线性动力效应的主要规律及其对结构破坏过程的影响、结构损伤破坏机理和失效路径。具体内容包括：研究主要工程材料在复杂受力条件下损伤多尺度演化特征并建立其本构描述；研究灾变环境下构件和结构在不同尺度内的动力响应特征和损伤失效行为；发展重大工程结构尤其是大跨结构考虑局部损伤演化的适度精细的多尺度建模和模型修正方法；发展重大工程结构损伤多尺度分析方法和基于大型非线性分析软件及二次开发的多尺度计算技术和实施策略；为发展灾害环境下结构多尺度力学、建立重大工程动力灾害模拟系统奠定重要的理论基础； 2100433B