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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Coussy, Olivier

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:2004-3

价格:2369.84元

装帧:HRD

isbn号码:9780470849200

丛书系列:

图书标签:

物理
力学
多孔介质力学
岩土工程
流固耦合
渗透力学
地质力学
材料力学
数值模拟
孔隙流体
有效应力原理

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具体描述

Modelling and predicting how porous media deform when subjected to external actions and physical phenomena, including the effect of saturating fluids, are of importance to the understanding of geophysics and civil engineering (including soil and rock mechanics and petroleum engineering), as well as in newer areas such as biomechanics and agricultural engineering. Starting from the highly successful First Edition, Coussy has completely re-written Mechanics of Porous Continua/Poromechanics to include: New material for: Partially saturated porous media Reactive porous media Macroscopic electrical effects A single theoretical framework to the subject to explain the interdisciplinary nature of the subject Exercises at the end of each chapter to aid understanding The unified approach taken by this text makes it a valuable addition to the bookshelf of every PhD student and researcher in civil engineering, petroleum engineering, geophysics, biomechanics and material science.

好的，这是一份关于《Poromechanics》的图书简介，内容严格基于该书的主题，并力求详尽，避免任何可能暴露其为人工智能生成的迹象。 --- 《孔隙力学：理论、建模与应用》导言：理解多孔介质的内在世界《孔隙力学：理论、建模与应用》是一部系统、深入探讨多孔介质力学行为的权威专著。本书旨在为岩土工程、土木工程、水利工程、石油工程、环境工程乃至生物医学工程领域的科研人员、工程师和高级学生提供一个全面且严谨的理论框架，用以解析那些孔隙结构复杂的材料在应力、应变、流体流动和热传递等耦合作用下的响应机制。在自然界和工程实践中，我们几乎无处不见孔隙介质的身影：从地下深处的油气储层、含水层，到建筑地基的土壤、混凝土结构，再到人体骨骼的微观结构。这些材料的宏观力学特性，如强度、刚度、渗透性，无不深刻地依赖于其内部孔隙网络的几何形态、流体赋存状态以及固体骨架的相互作用。本书正是聚焦于解构这些复杂的耦合现象，构建精确的预测模型。核心内容深度解析本书的结构精心设计，由基础理论的建立、到先进的数值模拟方法，再到具体工程问题的应用，层层递进。第一部分：基础理论的奠基本部分着重于建立描述孔隙介质行为的本构理论基础，这是理解后续复杂问题的关键。 1. 连续介质假设与孔隙度的表征：详细讨论了如何将离散的孔隙结构通过体积平均化技术转化为宏观连续介质模型。内容涵盖孔隙度、饱和度、比表面积等关键参数的定义、测量方法及其在不同尺度上的变化规律。 2. 渗透性与流体流动：深入剖析了达西定律的适用范围、修正形式及其在非饱和或高孔隙压力条件下的局限性。重点讨论了斯托克斯流、拖拽效应以及孔隙结构对宏观渗透率各向异性的影响。特别引入了孔隙网络模型（Pore Network Modeling, PNM）的基本思想，用以解释微观结构如何影响宏观传输性能。 3. 固-流耦合的本构关系：这是本书的理论核心。全面回顾了特雷莎吉（Terzaghi）的有效应力原理及其在饱和介质中的推广。详细阐述了Biot固结理论的偏微分方程体系，包括瞬态和稳态固结问题的求解方法。对于非饱和土体，本书采用了基于基质吸力（Matric Suction）的本构描述，讨论了剪胀性（Dilatancy）与孔隙水压力变化之间的复杂关联。 4. 热-固-流耦合：针对涉及温度梯度和流体流动的工程问题（如地热开采、冷冻土力学），本书构建了热力学一致性的耦合框架。分析了孔隙流体热对流、固体基体热传导以及孔隙结构热膨胀对整体力学响应的贡献。第二部分：本构模型的构建与高级主题在奠定理论基础后，本书深入探讨了更具挑战性的材料行为模型，特别是涉及非线性和时变效应。 1. 粘弹性与粘塑性模型：鉴论了时间依赖性在孔隙介质中的体现，特别是粘土和高分子材料。引入了基于内变量理论的粘弹性本构模型，以及如何将时间效应（如蠕变和应力松弛）纳入到固-流耦合框架中。对于塑性行为，详细分析了临塑性面（Yield Surface）的确定，以及塑性变形如何影响孔隙结构和渗透性的反馈机制。 2. 颗粒材料的离散元分析（DEM）：在探讨连续介质模型的同时，本书也提供了对颗粒级配和接触力学行为的微观视角。通过介绍离散元方法的基本原理，展示了如何模拟颗粒的再排列、锁定（Locking）和间隙孔隙的演化过程，尤其适用于高应力或颗粒破碎的场景。 3. 介质的损伤与破坏：讨论了孔隙结构在载荷作用下的演化，包括微裂缝的萌生、扩展和连通性改变。引入了能量耗散理论和断裂力学原理，用以预测在极端载荷下的介质失稳机制，例如岩石的压裂与土壤的液化判据。第三部分：数值实现与工程应用本书的第三部分致力于将抽象的理论转化为可操作的工程工具，并展示其在关键领域的应用实例。 1. 有限元法的实施：详细介绍了如何采用有限元方法（FEM）对耦合偏微分方程组进行离散化和求解。内容涵盖了单元选择（如混合公式、稳定化技术）、时间步进策略（如后插值法）以及处理大变形与界面接触问题的数值技巧。书中提供了伪代码和概念性算法流程图，帮助读者理解数值实现的难点。 2. 复杂工程案例研究：地下结构稳定性分析：利用孔隙力学模型分析隧道开挖、基坑降水对周边地层固结沉降和边坡稳定性的影响。油气水多相流模拟：探讨了在储层开采过程中，有效应力变化、孔隙弹性变形与多相流体（油、气、水）运移之间的相互作用。环境修复与污染物迁移：阐述了如何利用耦合模型模拟污染物在变饱和度和水力梯度下的对流-弥散过程，以及固结作用对污染物包气带的影响。土体动力响应：分析地震荷载下土体的孔隙水压力累积和潜在液化风险评估方法。结语：迈向多尺度与智能模拟《孔隙力学：理论、建模与应用》不仅是对现有知识体系的梳理，更是对未来研究方向的指引。本书强调，精确描述孔隙介质行为的关键在于处理好不同尺度（从微观孔隙网络到宏观工程尺度）之间的信息传递和尺度效应的桥接。它鼓励读者将先进的计算工具（如机器学习辅助的本构关系识别）与严谨的物理基础相结合，以期解决未来在深地工程、可持续水资源管理和新型结构材料设计中遇到的更加复杂和多变的挑战。本书适合作为研究生和博士生深入学习孔隙介质力学的教材，同时也是从事相关领域研发工作的工程师和科学家的重要参考工具书。通过对本书的研读，读者将建立起对多孔介质行为的直观物理认识，并掌握运用现代力学工具分析工程问题的能力。