Bifurcations, Instabilities, Degradation in Geomechanics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:George E. Exadaktylos

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2007-03-22

价格:USD 169.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540493419

丛书系列:

图书标签:

Geomechanics
Bifurcation Theory
Instability
Degradation
Soil Mechanics
Rock Mechanics
Continuum Mechanics
Mathematical Modeling
Numerical Methods
Failure Analysis

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具体描述

Leading international researchers and practitioners of bifurcations and instabilities in geomechanics debate the developments and applications which have occurred over the last few decades. The topics covered include modeling of bifurcation, structural failure of geomaterials and geostructures, advanced analytical, numerical and experimental techniques, and application and development of generalised continuum models etc. In addition analytical solutions, numerical methods, experimental techniques, and case histories are presented. Beside fundamental research findings, applications in geotechnical, petroleum, mining, and bulk materials engineering are emphasised. </P>

《大地工程中的相变、失稳与退化》深度解析岩土体复杂行为的理论与实践大地工程，作为人类改造自然、建造基础设施的基石，其核心在于对土壤、岩石等岩土体材料力学行为的深刻理解和精准预测。然而，岩土体的表现远非简单的弹性或塑性变形所能概括，其内在的非线性、动态演化以及环境相互作用，使得其行为呈现出复杂多变的特点。尤其是在承受外载荷、环境变化或时间演化的过程中，岩土体往往会经历一系列非连续性的、突变的、甚至不可逆转的变化，这些变化不仅影响着工程的短期安全性，更关乎其长期的服务性能与稳定性。本书《Bifurcations, Instabilities, Degradation in Geomechanics》（暂译名：《大地工程中的相变、失稳与退化》）正是聚焦于岩土力学领域中这些最复杂、最关键的现象，旨在为研究人员、工程师以及相关领域的学生提供一套系统、深入、前沿的理论框架与分析工具。本书并非对岩土力学知识的泛泛而谈，而是精选并深入剖析了“相变”、“失稳”与“退化”这三个核心概念，并将其置于大地工程的具体情境下进行考察。相变（Bifurcations）：洞察岩土体行为的突变点相变，在物理学中常指物质从一种状态转变为另一种状态的现象，而在大地工程中，它则被用来描述岩土体在特定条件下，其宏观力学响应发生根本性改变的临界点。当岩土体受到加载或环境变化时，其内部的微观结构、颗粒接触关系、孔隙水压力以及应力状态都会发生演化。在某些临界应力或临界应变下，这些微观的演化可能导致宏观力学行为的剧烈转变，形成所谓的“分支点”（bifurcation）。本书将深入探讨岩土体中可能发生的各类相变现象。例如，在应力路径的变化下，饱和土体可能经历从超固结向正常固结的转变，其剪胀或剪缩的特性会发生显著改变。颗粒状材料（如砂土、碎石）在达到临界应变时，颗粒间的重排可能导致体胀（dilatancy）的突然发生，从而改变土体的体积稳定性和承载能力。此外，多孔介质中的流固耦合效应，如孔隙水压力的瞬态变化，也可能诱发应力重分布，导致材料进入不同的力学状态。本书将结合详细的理论推导和具体的工程案例，阐释如何识别和预测岩土体中的相变行为。我们将讨论基于连续介质力学的宏观模型，以及如何通过引入新的本构关系来捕捉这些非线性突变。例如，采用临界状态土力学模型，探讨不同路径下的相变点；利用损伤力学或断裂力学来描述材料内部裂纹的萌生与扩展，这些都可能构成岩土体宏观力学响应的相变。本书还将关注如何通过数值模拟技术，如有限元方法，来精确模拟相变发生时的复杂应力应变场，为工程设计提供重要的数值支持。失稳（Instabilities）：防范与应对工程风险的关键失稳是岩土工程中最直观、最危险的现象之一，它直接关系到工程的整体安全。从边坡的滑坡、基坑的坍塌，到地基的沉降破坏、隧道支护失效，这些都是岩土体失稳的具体表现。本书将从理论和实践的视角，深入剖析导致岩土体失稳的各种机制。失稳并非单一原因的结果，而是多种因素耦合作用下的复杂过程。本书将系统梳理失稳的主要诱因，包括：载荷增加与卸载：外部荷载超过岩土体的抗力极限，或因卸载引起的应力重分布，都可能诱发失稳。环境因素：降雨、地下水位变化、冻融循环、地震荷载等，都会显著改变岩土体的力学性能，降低其稳定性。材料自身特性：岩土体自身的强度、变形模量、渗透性等参数的非均匀性、各向异性，以及潜在的结构面、节理等弱面，都是失稳的内在因素。动力学效应：在动态荷载作用下，惯性力、动应力放大等效应可能导致材料发生动力失稳，如液化、共振等。本书将重点探讨几种典型失稳模式的成因与预测方法。例如，在边坡稳定性分析中，我们将不仅仅局限于传统的极限平衡法，还将介绍更精细的数值模拟方法，如基于塑性力学和损伤力学的边坡失稳模拟。对于地基承载力的评估，我们将深入研究桩土相互作用、群桩效应以及软土特性的影响。对于隧道开挖引起的围岩失稳，本书将探讨围岩的变形控制、支护结构的设计原则以及灾害预警技术。更重要的是，本书将强调“动态失稳”的概念。在许多工程场景中，失稳并非瞬间发生，而是经历一个渐进演化的过程。理解这个演化过程，识别失稳的前兆，对于采取及时有效的预防和加固措施至关重要。本书将介绍基于监测数据分析、预警模型构建以及风险评估等手段，如何实现对岩土体失稳的动态预测与管控。退化（Degradation）：关注岩土体长期的性能衰减与相变和失稳主要关注突变性的破坏不同，退化则描述了岩土体在时间演化、循环加载、环境侵蚀等作用下，其力学性能缓慢但持续下降的过程。这种性能衰减可能不会导致灾难性的瞬间垮塌，但会严重影响工程的长期服务寿命、可靠性与经济性。本书将深入研究岩土体退化的主要形式与机制：循环加载下的退化：桥梁、道路、轨道交通等工程，其基础和路基会长期承受反复的车辆荷载。这种循环加载会导致土体骨架的微观结构发生重排，颗粒间的接触应力发生变化，从而引起土体强度的降低、刚度的衰减以及累积变形的增加。本书将探讨循环加载下的应力-应变关系，以及如何建立相应的退化模型。环境侵蚀与风化：降雨的渗透、地下水的化学侵蚀、地表径流的冲刷、冻融循环等，都会导致岩土体材料的物理化学性质发生改变，例如，黏土矿物的膨胀与收缩，岩石的溶蚀与破碎，都会使其力学性能退化。本书将分析不同环境因素对岩土体退化的影响，并介绍相应的防护和修复技术。时间依赖性效应：某些岩土体，特别是黏土和软岩，会表现出蠕变现象，即在恒定应力下，其应变会随时间持续增加。长期的蠕变变形可能导致工程结构的累积沉降，降低其使用性能。本书将探讨蠕变机理，并介绍预测长期蠕变行为的模型。材料老化：尤其是在现代工程中广泛使用的复合材料、加固材料（如土工格栅、土工布）等，其性能也会随着时间的推移而发生退化，这同样会对整体工程的长期稳定性产生影响。本书将强调退化研究在工程实践中的重要性。了解退化机制，能够帮助工程师在设计阶段就考虑材料的长期性能衰减，选择更耐久的材料，并采用更合理的结构形式。在运营阶段，对退化状态的监测与评估，则有助于及时发现问题，并采取有效的维护措施，延长工程的使用寿命，降低维护成本。本书的特色与价值《Bifurcations, Instabilities, Degradation in Geomechanics》一书的显著特色在于其理论深度、系统性与前沿性。理论深度：本书不满足于对现象的描述，而是深入探究相变、失稳与退化的内在力学机制。通过引入先进的本构模型、损伤理论、断裂力学以及非平衡态热力学等概念，本书为读者提供了理解岩土体复杂行为的坚实理论基础。系统性：相变、失稳与退化并非孤立存在，它们往往相互关联，共同影响着岩土体的整体行为。本书将致力于揭示它们之间的内在联系，提供一个统一的分析框架，使读者能够从更宏观、更系统的角度理解岩土工程的挑战。前沿性：本书汇集了该领域最新的研究成果与发展趋势。我们将探讨诸如微观力学模型、多尺度模拟、人工智能在岩土工程中的应用等前沿课题，帮助读者把握学科发展的脉搏。实践导向：尽管本书具有深厚的理论基础，但其最终目标是服务于工程实践。书中将穿插大量的工程案例研究，介绍理论模型在实际工程问题中的应用，并讨论数值模拟技术与实验方法的结合，以期为工程师提供可行的解决方案。目标读者本书适用于以下读者群体：大地工程领域的研究人员：为其提供深入的理论指导和前沿的研究思路。岩土工程师：帮助其应对复杂的地质条件和工程挑战，提高工程设计的科学性和可靠性。土木工程、地质工程、水利工程等相关专业的高年级本科生和研究生：为其提供系统、深入的学习材料，帮助其建立扎实的专业知识体系。对岩土力学非线性行为感兴趣的科研工作者：拓展其研究视野，激发新的研究灵感。总结《Bifurcations, Instabilities, Degradation in Geomechanics》将是一部关于岩土体复杂行为的百科全书式著作。它不仅深入剖析了岩土体在加载与环境作用下发生的相变、失稳与退化等关键现象，更重要的是，它提供了理解、预测和应对这些复杂行为的理论工具与实践方法。通过阅读本书，读者将能够对岩土体的力学行为获得更深刻的洞察，从而在实际的大地工程项目中，做出更科学、更安全、更经济的决策，为建设更可持续、更 resilient 的基础设施贡献力量。