土的小应变刚度特性 [Small Strain Stiffness of Soils] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《土的小应变刚度特性》系统介绍和比较了目前土体小应变刚度特性的室内、室外试验方法，以及影响土体小应变刚度特性的因素。通过离散元数值方法模拟了测定土体小应变刚度的试验，阐明了决定土体小应变刚度的根本因素、小应变刚度各向异性和刚度随应变退化等的微观力学机理。归纳了土体小应变刚度特性的本构模拟方法，详细介绍了土体小应变弹塑性本构模型的建立、数值实现和在有限元技术中的二次开发。并以基坑工程和隧道工程为例，具体介绍了土的小应变刚度特性和本构模型在实际工程中的应用。
　　《土的小应变刚度特性》精选了简明易懂的试验成果和规律总结，以期读者能够在较短时间内具备运用试验方法分析问题和解决问题的能力。
　　另外，《土的小应变刚度特性》提供了土的小应变刚度模型源程序以及ABAQUS二次开发源程序，供分析或练习之用。
　　《土的小应变刚度特性》可作为高等院校和科研院所的土木、水利、交通、铁道、工程地质等专业的研究生教材和高年级本科生的选修课教材，也可作为上述相关专业科研、工程技术人员的参考用书。

作者简介

　　尹振宇，男，1975年出生，浙江瑞安人，1997年获浙江大学建筑工程专业学士学位，2006年获法国岩土工程专业博士学位。曾先后任职于浙江嘉华建筑设计有限公司、法国南特中央理工大学（Ecole Centralede Nantes）、英国斯特斯克莱德大学（University of Strath-clyde）、芬兰赫尔辛基工业大学（Helsinki University of Technology）、美国马萨诸塞大学（University of Massachussettts，Amherst）、上海交通大学、同济大学，人选上海市特聘教授“东方学者”。兼任美国土木工程师协会（ASCE）“粒状材料专业委员会”委员及中国多个土力学专业委员会委员，主要从事土力学与岩土工程方面的教学和研究。近年来，在国内、国际核心刊物上发表相关论文100余篇。
　　
　　顾晓强，男，1981年出生，浙江桐乡人，2004年获浙江大学土木工程学士学位，2007年获上海交通大学土木工程（防灾减灾工程和防护工程专业）硕士学位，2012年获香港大学土木工程（岩土工程专业）博士学位。现为同济大学土木工程学院地下建筑与工程系助理研究员，主要从事土动力学与岩土工程方面的教学和研究，担任全国土工测试专业委员会委员、力学及岩土工程分会青年工作委员会委员。近年来，在国内、国际核心刊物上发表论文30多篇，其中SCI收录13篇。
　　
　　金银富，男，1988年出生，山东临沂人，2011年获西北农林科技大学土木工程学士学位，2016年获法国南特中央理工大学（EcoleCentraledeNantes）博士学位。主要从事土力学与岩土工程方面的研究。博士期间，在国际核心刊物上发表SCI论文6篇。

内页插图

目录

序
前言
符号定义

第1章 绪论
1．1 概述
1．2 土的压缩特性
1．3 土的剪切特性
1．4 土的小应变刚度特性

第2章 小应变刚度特性试验及其规律
2．1 常规试验方法及原理
2．1．1 现场测试法
2．1．2 实验室测试法
2．1．3 不同方法的比较与讨论
2．2 土体小应变刚度特性规律
2．2．1 非常小应变条件下的剪切模量
2．2．2 刚度随应变的衰减规律
2．3 小应变刚度特性的影响因素
2．3．1 试样扰动
2．3．2 各向异性
2．3．3 当前状态及应力历史
2．3．4 应力路径
2．3．5 应变速度和循环加载
2．3．6 土体老化
2．3．7 土体饱和度
2．3．8 砂土颗粒级配、颗粒大小和颗粒形状

第3章 小应变刚度特性数值试验及微观机理
3．1 基于离散方法的数值试验
3．1．1 离散元方法简述
3．1．2 数值试验方案
3．2 数值试验的实现及结果分析
3．2．1 颗粒规则排列试样的刚度模拟
3．2．2 颗粒随机排列试样的刚度模拟
3．2．3 小应变刚度各向异性
3．2．4 小应变刚度随应变的退化

第4章 小应变刚度特性模拟方法及本构开发
4．1 小应变刚度特性本构模拟方法
4．1．1 非常小应变范围剪切模量方程
4．1．2 非线弹性类本构模型
4．1．3 弹塑性类本构模型
4．1．4 块串模型
4．1．5 小应变模型优缺点
4．2 小应变刚度特性本构开发
4．2．1 非线弹性小应变本构方程的选择及修正
4．2．2 小应变剪切模量修正公式的扩展
4．2．3 应用一：天然黏土小应变弹塑性模型
4．2．4 应用二：砂土小应变弹塑性模型

第5章 有限元二次开发
5．1 有限元二次开发概述
5．1．1 数值计算及有限元概述
5．1．2 高斯点应力积分方法
5．1．3 耦合固结分析概述
5．2 基于ABAQUS的有限元二次开发
5．2．1 ABAQUS基本介绍
5．2．2 编写UMAT子程序
5．2．3 UMAT子程序的使用
5．3 各向异性黏土弹塑性模型导入
5．3．1 初始化部分的程序编写
5．3．2 弹塑性模型的切面数值算法及程序编写
5．3．3 考虑小应变刚度特性的各向异性弹性程序编写
5．4 常规室内试验验证
5．4．1 各向同性压缩
5．4．2 一维压缩试验
5．4．3 三轴试验

第6章 工程应用
6．1 小应变本构模型的工程应用
6．1．1 TNEC基坑
6．1．2 结果分析
6．2 黏土地层隧道开挖模拟
6．2．1 数值计算模型
6．2．2 小应变对隧道开挖引起的地层沉降影响

参考文献

前言/序言

　　本书的撰写要追溯到2011年，当时尹振宇博士正在上海交通大学工作，其时王建华教授正在积极推进滨海地区基坑群效应的研究，建议能否在土的小应变刚度特性方面做一些有益的工作。同时，浙江大学王立忠教授正在关注杭州紫金港地区隧道基坑开挖工程对周边的环境影响，也希望能提供一些计算依据。于是，从2011年夏天开始，尹振宇博士一方面指导研究生夏云龙展开一些综述和简单的计算工作；另一方面开始开发土的小应变刚度模型，并由博士生金银富协助有限元二次开发和计算。在撰写期间，恰巧遇上香港大学杨峻教授指导顾晓强博士正在进行颗粒材料小应变刚度特性的微观力学机理研究，也正是由于这方面的研究目前属于非常原创和稀缺的，于是我们一拍即合，最终促成了今天的书稿。
　　近年来，土体的小应变刚度特性已成为国内外岩土工程研究的热点和难点之一。本书的目的是系统介绍土体小应变刚度的宏观特性、微观机理、测试方法、本构模型和工程应用实例。本书首先系统介绍和比较了目前土体小应变刚度特性的室内外试验方法，详细介绍了影响土体小应变刚度特性的因素。然后通过离散元数值方法模拟了测定土体小应变的试验，阐明了决定土体小应变刚度的根本因素、小应变刚度各向异性和刚度随应变退化的微观机理。接着归纳了小应变刚度特性的本构模拟方法，详细介绍了小应变弹塑性本构模型的建立、数值实现和在有限元技术中的二次开发。最后，以基坑工程和隧道工程为例，具体介绍了小应变刚度特性和本构模型在实际工程中的应用。其中，顾晓强博士主要负责数值试验及微观机理部分的分析及撰写，金银富博士主要负责工程应用部分的撰写，其余部分及统稿由尹振宇博士负责完成。
　　随着试验技术和计算机的快速发展，土体小应变理论及应用在最近几年取得了重要的进展，本书将成为国内外第一本系统讲述土体小应变试验、理论及应用方面的专著。本书汇集了作者在土体试验、本构关系、数值分析等方面的很多原创性成果，并且从非常直接、直观的试验现象出发，让读者快速、准确地建立起土体小应变特性的概念。并且，本书采用理论分析与案例讨论相结合的方法，以方便读者的理解和应用。此外，本书提供了土的小应变刚度效应和黏土各向异性弹塑性本构模型的源程序以及ABAous二次开发源程序，可供读者分析或训练之用，以期对读者有所帮助。
　　我国正开展大规模的基础设施建设，涉及很多工程问题。长期以来，由于缺乏土体小应变相关的理论和方法，现有工程的施工与设计都没有很好地考虑小应变刚度特性的影响，这为实际工程留下了隐患。本书介绍的土体小应变刚度特性的试验、理论及应用可以为实际工程的实施提供理论依据，本书介绍的工程实例也可以为类似工程提供参考，因此本书也具有重要的应用价值。
　　在撰写过程中得到不少专家与同仁的真诚指导和帮助。在此，衷心感谢法国南特中央理工大学的Hicher教授、同济大学的黄宏伟教授、张冬梅教授、黄茂松教授和钱建国教授、上海交通大学的王建华教授和沈水龙教授等在成书过程中给予的悉心指导和帮助，感谢上海交通大学研究生夏云龙，同济大学研究生张成功、朱冰清、杜子博，奥地利维也纳自然资源与生命科学大学博士生王顺，南特中央理工大学博士生杨杰在本书编排、整理和校阅过程中所付出的辛勤劳动。也感谢同济大学出版社季慧博士、陆克丽霞女士对本书的出版做了大量细致的工作。
　　本书的部分成果和出版得到了同济大学学术专著（自然科学类）出版基金、国家自然科学基金项目（41372285，51579179，51308408）、欧盟玛丽居里行动计划（PIAPP-GA-2011-286397）等资助，在此表示衷心的感谢。
　　鉴于作者理论和技术水平有限，书中难免有纰漏之处，望读者和同行批评指正。
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