有限元極限分析法及其在邊坡中的應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鄭穎人 等 著

圖書標籤:

• 有限元
• 極限分析
• 邊坡工程
• 土力學
• 岩土工程
• 數值計算
• 穩定性分析
• 工程地質
• 災害防治
• 計算方法

齣版社： 人民交通齣版社

ISBN：9787114092053

版次：1

商品編碼：10859358

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2011-09-01

頁數：305

正文語種：中文

編輯推薦

有限元極限分析法，又稱數值極限分析法，是近年發展起來的一門嶄新的工程力學分析方法，在岩土工程領域的應用得到迅速發展。十餘年來，本書作者及其同事對該方法及其在邊（滑）坡、地基、基坑與隧道方麵的應用進行瞭研究。《有限元極限分析法及其在邊坡中的應用》闡明瞭有限元極限分析法的原理與實質及其與傳統極限分析方法的區彆，並介紹瞭其在邊坡工程中的實際應用。

內容簡介

《有限元極限分析法及其在邊坡中的應用》從力學理論與邊坡工程治理角度詳細闡述瞭有限元極限分析方法的原理與基本理論、土質與岩質邊坡穩定分析、涉水邊（滑）坡穩定分析、抗滑樁設計、加筋土邊坡、地震邊坡與滑坡預報等內容。
《有限元極限分析法及其在邊坡中的應用》適用於岩土工程勘察、設計和施工人員，亦可供大專院校相關專業師生使用。

目錄

第1章 緒論
1.1 邊坡與滑坡的含義及其區彆
1.2 邊（滑）坡穩定性分析理論基礎與方法簡介
1.2.1 邊（滑）坡穩定性分析理論基礎
1.2.2 邊（滑）坡穩定性分析中傳統極限分析方法簡介
1.2.3 數值極限分析法（有限元極限分析法）
1.3 邊（滑）坡穩定安全係數的定義
1.3.1 強度儲備安全係數
1.3.2 超載儲備安全係數
1.3.3 下滑力超載儲備安全係數
1.4 滑坡推力計算中的下滑力增大安全係數和強度摺減安全係數及其關係
參考文獻

第2章 有限元極限分析法原理
2.1 概述
2.1.1 有限元極限分析法的基本思想
2.1.2 有限元極限分析法的優勢
2.1.3 應用有限元極限分析法需要滿足的條件
2.1.4 理想彈塑性增量本構模型
2.1.5 彈塑性增量應力一應變本構模型有限元計算過程
2.1.6 非綫性有限元方程組的求解
2.1.7 收斂準則
2.1.8 有限元模型極限狀態的判據
2.2 屈服準則的研究與選用及其計算精度的要求
2.2.1 屈服準則的研究與選用
2.2.2 不同D-P準則條件下安全係數的轉換
2.2.3 采用不同流動法則時的影響
2.2.4 有限元模型計算範圍與網格劃分以及計算參數對計算精度的影響
2.3 土坡穩定的雙強度摺減法分析
2.3.1 雙摺減係數法的提齣
2.3.2 雙強度摺減法中雙摺減係數的確定
2.3.3 不同土性邊坡的雙安全係數分析算例
參考文獻

第3章 有限元強度摺減法在土坡中的應用
3.1 均質土坡穩定性分析
3.1.1 ANSYS程序簡介
3.1.2 用ANSYS創建有限元模型
3.1.3 應用邊界條件、荷載
3.1.4 非綫性問題有限元求解
3.1.5 收斂準則設置
3.1.6 求解器設置
3.1.7 邊坡強度摺減安全係數求解
3.1.8 塑性區和等效塑性應變分布的繪製
3.1.9 邊坡破壞過程中滑麵上節點的應力一應變麯綫繪製
3.1.10 邊坡臨界滑動麵的確定
3.2 多剪齣口型復雜土質滑坡穩定性分析
3.2.1 有限元強度摺減搜索滑（邊）坡多滑動麵方法
3.2.2 算例
3.3 擋土牆土壓力數值模擬
3.3.1 概述
3.3.2 模型一：牆體不動時的靜止土壓力模擬
3.3.3 模型二：土體有一定側嚮變形時的土壓力模擬
3.3.4 模型三：土體有足夠側嚮變形時的主動土壓力模擬
3.3.5 小結
參考文獻

第4章 有限元強度摺減法在岩坡中的應用
4.1 岩坡有限元模型的建立及其安全係數的求解
4.2 用無厚度接觸單元分析摺綫形滑動麵岩坡穩定性
4.3 具有兩組貫通結構麵的岩坡算例
4.4 具有非貫通結構麵的岩坡穩定性分析
4.5 岩土質二元邊坡穩定性分析
4.6 岩質邊坡傾倒穩定性分析
4.7 有限元強度摺減法在三維邊坡穩定性分析中的應用
4.8 有限元強度摺減法在岩質基坑邊坡中的應用
4.8.1 相鄰既有建築物的基礎變形標準
4.8.2 無結構麵的岩質基坑邊坡計算
4.8.3 有限元位移計算結果與位移監測數據的對比
4.8.4 不同水平位移時邊坡岩石側壓力計算
4.9 有限元強度摺減法在岩質邊坡錨杆拉力計算中的應用
4.9.1 工程概況
4.9.2 錨杆拉力計算
4.9.3 計算結果比較
4.10 有限元法在格構錨索中的應用
4.10.1 工程概況
4.10.2 有限元模型的建立
4.10.3 計算采用的物理力學參數
4.10.4 各工況條件的模擬
4.10.5 數值模擬結果及分析
參考文獻

第5章 庫水作用下的邊（滑）坡穩定性分析
5.1 PLAXIS程序和PLAXFLOw模塊簡介
5.2 庫水作用下坡體內浸潤麵位置的求解
5.2.1 庫水作用下坡體內浸潤麵位置的數值解
5.2.2 庫水作用下坡體內浸潤麵位置的經驗概化解及其和數值解的對比分析
5.3 庫水作用下邊（滑）坡的穩定性分析
5.3.1 滲流條件下邊（滑）坡的穩定性分析
5.3.2 庫水水位變化過程中岸坡的穩定性分析
5.3.3 浸潤麵位置經驗概化解引起的誤差
5.4 有限元強度摺減法在水平排水孔治理工程中的應用
5.4.1 水平排水孔法概述
5.4.2 含水平排水孔的滲流場的有限元分析及治理工程的穩定性分析
5.4.3 水平排水孔孔長、孔徑對治理效果的影響分析
參考文獻

第6章 有限元強度摺減法在抗滑樁設計中的應用
6.1 概述
6.2 邊（滑）坡推力與樁前抗力的計算方法
6.2.1 傳統計算方法
6.2.2 有限元法與有限元強度摺減法
6.2.3 有限元法與傳統極限分析法計算抗滑樁推力的區彆
6.2.4 有限元強度摺減法與傳統方法計算滑坡推力的比較與分析
6.2.5 有限元法計算滑坡推力與抗力的工程實例
6.3 有限元強度摺減法在埋入式抗滑樁設計計算中的應用
6.3.1 抗滑樁閤理樁長的確定
6.3.2 埋入式抗滑樁上滑坡推力與樁前抗力的計算與模型驗證
6.3.3 抗滑樁樁身內力的計算
6.3.4 埋入式抗滑樁治理工程實例
6.4 雙排全長式抗滑樁的推力、抗力與樁距影響
6.4.1 三種典型滑坡雙排全長式抗滑樁的推力與抗力
6.4.2 三種典型滑坡雙排抗滑樁排距影響的共同特點
6.4.3 三種典型滑坡雙排抗滑樁排距影響的不同點
6.5 雙排埋人式抗滑樁的推力與抗力
6.5.1 摺綫型滑坡
6.5.2 順層直綫型滑坡
6.6 多排埋人式抗滑樁在滑坡治理工程中的應用實例
6.6.1 工程概況
6.6.2 穩定性分析
6.6.3 抗滑樁治理方案
6.7 有限元強度摺減法在錨拉抗滑樁設計計算中的應用
6.7.1 工程概況
6.7.2 錨拉抗滑樁的分析計算
參考文獻

第7章 有限元極限分析法在加筋土擋牆中的應用
7.1 加筋土擋牆設計方法概述
7.2 傳統加筋土擋牆設計方法
7.2.1 傳統加筋土擋牆破壞模式
7.2.2 傳統加筋土擋牆的設計計算方法及其存在的問題
7.3 PLAXIS程序中加筋土的有限元數值計算
7.3.1 土工格柵與土體之間相互作用的本構模型
7.3.2 材料參數的選擇及其影響
7.4 土工格柵加筋土擋牆穩定性影響因素敏感性分析
7.4.1 加筋土擋牆穩定性影響因素分析
7.4.2 穩定性影響因素的敏感性分析
7.5 土工格柵加筋土擋牆破壞模式及有限元極限設計計算方法
7.5.1 加筋土擋牆破壞模式
7.5.2 加筋土擋牆有限元極限設計計算方法
7.5.3 加筋土擋牆有限元極限設計計算方法的工程應用
7.5.4 高陡土工格柵加筋土擋牆的工程實例
參考文獻

第8章 強度摺減動力分析法在地震邊坡工程中的應用
8.1 概述
8.2 強度摺減動力分析法簡介
8.2.1 強度摺減動力分析法原理
8.2.2 邊坡動力破壞條件探討
8.2.3 強度摺減動力分析法的優越性
8.3 地震邊坡破壞機製及其破裂麵的分析
8.3.1 岩質邊坡動力破壞機製分析
8.3.2 土質邊坡動力破壞機製分析
8.3.3 地震邊坡破壞機製振動颱試驗驗證
8.3.4 小結
8.4 地震邊坡動力穩定性分析
8.4.1 地震邊坡穩定性評價方法分類
8.4.2 基於拉一剪破裂麵的動力時程分析法
8.4.3 完全動力分析法
8.4.4 土質邊坡地震動穩定性分析
8.5 強度摺減動力分析法在錨杆支護邊坡抗震設計中的應用
8.5.1 岩質邊坡錨杆支護抗震動力分析
8.5.2 錨杆支護邊坡在地震作用下的抗震機製分析
8.5.3 錨杆支護邊坡抗震設計新方法
8.5.4 錨杆支護邊坡動力穩定敏感性分析
8.5.5 錨杆支護邊坡振動颱試驗研究
8.5.6 小結
8.6 強度摺減動力分析法在抗滑樁支護邊坡動力穩定性分析中的應用
8.6.1 抗滑樁抗震設計簡介
8.6.2 算例應用
8.6.3 抗滑樁支護邊坡振動颱試驗分析
8.6.4 小結
參考文獻

第9章 多手段、動態、全過程滑坡預警預報研究
9.1 概述
9.1.1 現有滑坡預報方法評述
9.1.2 滑坡預警預報的對象和作用
9.2 滑坡預報全過程及階段劃分
9.2.1 中長期預報
9.2.2 短期預報
9.2.3 臨滑預報
9.3 滑坡變形破壞全過程及其階段劃分
9.3.1 宏觀變形破壞全過程及其階段劃分
9.3.2 監測位移變形全過程及階段劃分
9.3.3 計算分析全過程及其階段劃分
9.4 多手段、動態、全過程滑坡預警預報
9.4.1 概述
9.4.2 監測位移分析
9.4.3 滑坡的數值分析
9.5 滑坡穩定性評價指標體係
9.6 工程實例分析
9.6.1 滑坡影響因素分析和計算參數確定
9.6.2 不同安全係數對應的計算位移一時問麯綫
9.6.3 確定滑坡實時的穩定安全係數
9.6.4 滑坡穩定狀態的綜閤評價
9.7 臨滑預報與滑動時間預報
9.7.1 臨滑預報現狀
9.7.2 基於改進的齋藤模型和遺傳算法的臨滑預報研究
9.7.3 基於連續改進切綫角的臨滑階段與滑動時間預報
9.8 三級預警預報體係的實施
9.9 本章小結
參考文獻

前言/序言

《現代結構分析方法概覽》 本書旨在為讀者提供一個關於現代結構分析方法全麵而深入的概述，聚焦於那些在土木工程、機械工程以及航空航天工程等領域具有廣泛應用價值的先進技術。內容涵蓋瞭從經典理論的梳理到前沿方法的發展，力求為工程師、研究人員和高級工程學生提供一個堅實的理論基礎和實踐指導。 第一部分：結構分析的基本原理與發展曆程 本部分首先迴顧瞭結構力學的基本概念，包括應力、應變、彈性模量、泊鬆比等材料力學基本參數，以及它們在描述材料行為中的核心作用。隨後，我們將深入探討梁、闆、殼等經典工程構件的受力分析方法，例如經典的撓度方程、彎矩方程以及剪力方程的推導過程及其在簡單結構中的應用。這一部分將幫助讀者建立起對傳統分析方法嚴謹的理解，並為後續更復雜的分析技術奠定基礎。 接著，本部分將追溯結構分析方法的發展脈絡。從早期的解析解法，如聖維南原理、卡斯蒂爾納剋公式，到數值方法的興起，我們將勾勒齣結構分析技術如何隨著計算能力的提升而不斷演進。特彆地，我們將簡要介紹網格法（Finite Difference Method, FDM）和邊界元法（Boundary Element Method, BEM）等早期數值方法的思想和局限性，為理解有限元法的齣現和發展提供曆史背景。這一迴顧有助於理解現代結構分析方法為何會朝著數值化、精細化的方嚮發展。 第二部分：核心數值分析技術 在這一部分，我們將重點闡述當前結構分析領域最為主流和強大的數值技術。 2.1 有限差分法（Finite Difference Method, FDM） 我們將詳細介紹有限差分法的基本原理。FDM通過將連續域離散化為一係列離散的節點，並用差分近似代替微分方程中的導數，從而將偏微分方程轉化為一組代數方程組。本部分將深入講解如何構建差分格式（例如中心差分、嚮前差分、嚮後差分），如何處理不同類型的邊界條件（例如 Dirichlet 邊界條件、Neumann 邊界條件），以及其在求解泊鬆方程、拉普拉斯方程等經典問題中的具體應用。盡管 FDM 在某些問題上具有優勢，但其在處理復雜幾何形狀和非均勻網格方麵的局限性也將被清晰地指齣。 2.2 邊界元法（Boundary Element Method, BEM） 邊界元法作為一種與有限元法和有限差分法並駕齊驅的數值方法，在解決某些工程問題時展現齣獨特的優勢。BEM的核心思想是將待求解區域的域積分轉化為邊界上的積分，從而顯著減少待離散的變量數量，尤其適用於無限域或半無限域問題。本部分將深入探討 BEM 的基本原理，包括使用格林函數（Green's function）的思路，如何將域內的偏微分方程轉化為邊界積分方程，以及如何建立邊界離散化模型和求解方程組。我們將分析 BEM 在聲學、彈性力學（特彆是二維和三維問題）、裂紋擴展等問題中的典型應用案例，並與其他數值方法進行比較，突齣其在減少計算量和處理遠場效應方麵的特點。 2.3 有限元法（Finite Element Method, FEM） 有限元法將是本部分的重點，也是現代工程分析的基石。我們將從其基本思想齣發，詳細闡述 FEM 的離散化過程：將復雜的連續求解域劃分為若乾個小的、簡單的幾何單元（如三角形、四邊形、六麵體等），然後在每個單元內用簡單的插值函數（形函數）來逼近真實的解。 單元選擇與形函數： 本部分將介紹不同維度（一維、二維、三維）和不同類型（等參單元、高階單元）的有限元單元，以及如何選擇閤適的形函數來描述單元內的位移、溫度或其他物理量的分布。形函數的選擇對於 FEM 的精度至關重要，我們將探討綫性形函數、二次形函數等的構造和性質。 剛度矩陣與載荷嚮量的建立： FEM 的核心在於建立結構的整體剛度矩陣和載荷嚮量。我們將詳細講解如何通過虛功原理、最小勢能原理或伽遼金法等變分原理，推導齣單個單元的單元剛度矩陣和單元載荷嚮量，並在此基礎上介紹如何通過節點位移的連續性將各單元的剛度矩陣和載荷嚮量組裝成整體的方程組 $ [K] {u} = {f} $。 邊界條件的處理： 詳細介紹各種類型的邊界條件（位移邊界條件、力邊界條件、混閤邊界條件）在 FEM 中的處理方法，包括直接法、罰函數法以及乘子法等。 方程組的求解： 介紹求解大型稀疏綫性方程組的常用數值方法，如直接求解法（LU分解、Cholesky分解）和迭代求解法（共軛梯度法、GMRES等），並分析其適用範圍和優缺點。 後處理與結果分析： 講解如何從求解得到的節點位移等結果中計算應力、應變、能量等工程感興趣的量，以及如何進行結果的可視化和工程解釋。 第三部分：高級有限元分析技術與應用 在掌握瞭 FEM 的基本原理之後，本部分將深入探討更高級的 FEM 技術，並展示其在不同工程領域的廣泛應用。 3.1 高級單元與復雜建模 高階單元與自適應網格： 探討如何使用高階單元（具有更多節點和更高階插值函數的單元）來提高計算精度，以及自適應網格細化技術（基於誤差估計，自動對網格進行局部細化或粗化）在優化計算效率和精度方麵的作用。 非綫性分析： 深入研究幾何非綫性（大變形、大轉動）、材料非綫性（塑性、損傷、彈塑性）以及接觸非綫性等引起的結構非綫性響應的數值處理方法，例如 Newton-Raphson 方法及其變種。 動態分析： 介紹結構動力學的基本概念，如自由振動、受迫振動、模態分析、瞬態動力學分析等，以及它們在 FEM 中的實現方法，包括直接積分法和模態疊加法。 3.2 特定工程領域的 FEM 應用 本部分將重點展示 FEM 在解決特定工程問題中的強大能力。 岩土工程中的應用： 深入探討 FEM 在邊坡穩定分析、基坑開挖、隧道支護、地震動力響應以及地下水滲流等岩土工程問題中的應用。我們將討論如何構建岩土材料的本構模型（如 Mohr-Coulomb 模型、 Drucker-Prager 模型），如何處理土體的變形和破壞，以及如何評估邊坡的安全性。 機械工程中的應用： 講解 FEM 在應力分析、疲勞壽命預測、振動與噪聲分析、熱應力分析以及流固耦閤等機械工程問題中的應用。 結構工程中的應用： 討論 FEM 在橋梁、高層建築、大跨度結構、橋梁隔震減震、以及結構損傷檢測與評估等方麵的應用。 3.3 現代計算技術與 FEM 結閤 高性能計算（HPC）在 FEM 中的應用： 探討如何利用並行計算、分布式計算等 HPC 技術來加速大型 FEM 模型的求解過程，以應對日益增長的模型復雜度和計算需求。 機器學習與 FEM 的融閤： 簡要介紹機器學習技術如何輔助 FEM 分析，例如用於材料參數辨識、損傷預測、或者加速求解過程。 第四部分：方法比較與未來展望 在本書的最後部分，我們將對前麵介紹的各種數值分析方法進行一個係統的比較，分析它們各自的優缺點、適用範圍以及在解決不同類型工程問題時的選擇依據。我們將強調如何根據具體問題的特點（如幾何形狀、材料性質、載荷類型、精度要求等）來選擇最閤適的分析方法。 最後，我們將對現代結構分析方法的發展趨勢進行展望，包括更高精度的單元、更高效的求解算法、多物理場耦閤分析的深化，以及人工智能技術在工程分析中的進一步滲透，為讀者指明未來的研究方嚮和技術發展的前景。 本書力求在理論深度和實踐應用之間取得平衡，通過豐富的算例和討論，幫助讀者理解和掌握這些先進的結構分析技術，從而更好地解決復雜的工程挑戰。

評分☆☆☆☆☆

閱讀完這本關於先進材料建模的著作後，我立刻感覺到自己的知識體係得到瞭極大的拓寬，它對計算力學前沿領域的涉獵之廣，令人贊嘆。書中對本構模型的建立與選擇，尤其是對粘塑性、損傷演化等復雜本構關係在有限元框架下的實現途徑，進行瞭詳盡且富有洞察力的論述。我注意到作者在描述數值實現時，沒有停留在概念層麵，而是深入到瞭離散化、時間積分方案的選擇對整體解穩定性和收斂性的影響上。不同於市麵上很多過於強調軟件操作的指南，這本書的價值在於構建瞭一個堅實的理論橋梁，將晦澀的偏微分方程轉化為瞭可操作的工程算法。那種將數學的抽象美感與工程的實用性完美結閤的敘事風格，使得閱讀過程充滿瞭智力上的愉悅，仿佛在進行一場高水平的學術對話。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，初次翻開這本書時，我有些擔心其內容會過於偏嚮純理論的推導，導緻與實際工程脫節。然而，事實證明我的顧慮是多餘的。作者在關鍵概念引入後，總能迅速地將其與實際的工程問題掛鈎，尤其是在探討邊界條件和載荷施加的實際工況模擬時，其細膩程度令人稱奇。書中對網格劃分質量對計算結果敏感度的分析，提供瞭極具操作價值的指導方針。它沒有迴避實際工程中常見的數值不穩定現象，反而將其作為深入探討問題的切入點。這種“直麵問題、解決問題”的務實態度，是這本書最打動我的一點。對於任何希望從“會用有限元”晉升到“精通有限元”的工程師而言，這本書無疑是一座燈塔，指引著我們避開常見的思維陷阱。

評分☆☆☆☆☆

這本關於結構力學與岩土工程的專著，給我留下瞭極為深刻的印象。它巧妙地將理論的嚴謹性與工程實踐的復雜性融為一體，特彆是它對材料非綫性行為的探討，簡直是一次對傳統分析方法的顛覆。作者在闡述有限元方法的數學基礎時，采用瞭循序漸進的方式，使得即便是初次接觸高階數值方法的讀者也能逐步理解其背後的物理意義。書中對單元選擇的討論，尤其是對剛度矩陣奇異性問題的處理，展示瞭作者深厚的學術功底和豐富的工程經驗。我尤其欣賞其對計算誤差的敏感度和控製策略的詳細剖析，這遠超一般教科書的範疇，更像是一本高級工程師的實戰手冊。那種深入骨髓的對計算精度不懈追求的精神，讓我在閱讀時，仿佛能感受到作者在無數次調試代碼和驗證算例時所付齣的心血。它不僅教會瞭我“如何做”，更讓我明白瞭“為什麼這樣做”背後的深層邏輯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖文配閤達到瞭教科書級彆的嚴謹和清晰。我特彆欣賞作者在引入復雜數學公式時，總會輔以清晰的物理圖示或流程圖加以解釋。這極大地降低瞭復雜算法的學習門檻。例如，書中對奇異點處理的章節，通過引入特定區域的局部加密策略，生動地展示瞭如何優化求解效率和精度。它不僅僅是一本技術手冊，更像是一套精心設計的教學體係。從基礎的單元形函數推導，到高級的非綫性迭代策略，每一個知識點都被放置在瞭最恰當的位置，形成瞭嚴密的邏輯鏈條。對於那些需要用嚴謹的報告來支撐工程決策的人來說，這本書提供瞭充足的理論背書和清晰的邏輯框架，讓人在麵對質疑時能夠底氣十足。

評分☆☆☆☆☆

我最近參與瞭一個關於復雜結構響應評估的項目，深感傳統方法力不從心。正是翻閱這本書時，我纔找到瞭解決問題的關鍵思路。書中關於時間步長控製和動態響應分析的部分，特彆是對大規模問題的求解效率優化，提供瞭非常前沿且實用的方法論。作者並未滿足於提供標準的求解器接口描述，而是深入挖掘瞭矩陣求解器的選擇對最終計算成本和精度的影響。這種對“性能”的關注，體現瞭作者將理論研究與工程實際的資源限製緊密結閤的思維方式。讀完之後，我感覺自己掌握瞭一套更具前瞻性的工具箱，能夠更自信地迎接那些對計算資源和算法精度要求極高的挑戰性工程難題。這本書，絕對是工程計算領域內值得反復研讀的珍品。

評分☆☆☆☆☆

印刷得很好

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好書

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好書

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內容方麵需要在進一步深化，最好能給齣分析實例及說明

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紙張質量非常好，絕對正版；

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質量沒問題