Deformational Characteristics of Geomaterials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Burns, Susan E. (EDT)/ Mayne, Paul W. (EDT)/ Santamarina, J. Carlos (EDT)

出品人:

页数:944

译者:

出版时间:

价格:240

装帧:

isbn号码:9781586039080

丛书系列:

图书标签:

Geomaterials
Deformation
Soil Mechanics
Rock Mechanics
Geotechnical Engineering
Constitutive Modeling
Rheology
Creep
Plasticity
Laboratory Testing

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具体描述

《地质材料的变形特性》：洞悉大地深处物质的行为奥秘大地，这个我们赖以生存的星球，其表层和深层由形形色色的地质材料构成。从坚硬如铁的基岩，到松散如沙的沉积物，再到具有复杂流变性质的地下熔岩，这些物质在漫长的时间尺度下，经历了巨大的压力、温度以及各种地质营力的作用，呈现出极其丰富的变形行为。深入理解这些地质材料的变形特性，不仅是揭示地球演化机制的关键，更是解决工程地质、矿产勘探、地下空间开发、地震预测等一系列实际问题的基石。《地质材料的变形特性》一书，便是这样一本致力于系统、深入地探讨这一复杂而迷人领域的研究专著。本书并非仅仅罗列数据或现象，而是力求从微观到宏观，从理论到实践，全方位地剖析地质材料在不同应力、应变、温度、湿度等条件下所表现出的独特行为规律。它旨在为地质学家、岩土工程师、地球物理学家以及相关领域的研究人员提供一个全面、严谨且具有前瞻性的知识框架，帮助他们更精准地预测和控制地质体的响应，从而在科学研究和工程实践中做出更明智的决策。本书的写作，立足于现代力学、岩石学、矿物学、土壤力学以及流变学等学科的交叉融合。作者团队汇聚了在各自领域享有盛誉的专家学者，他们凭借深厚的理论功底和丰富的实践经验，将前沿的研究成果与经典理论相结合，以清晰的逻辑、翔实的案例和严密的论证，层层剥茧，深入浅出地解析地质材料的变形奥秘。本书的结构设计，充分考虑了地质材料变形特性的复杂性和研究的系统性。第一部分：地质材料的基本性质与宏观力学行为本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，深入介绍了构成地球体的主要地质材料，包括岩石（如沉积岩、火成岩、变质岩）、土壤（如砂土、粘土、壤土）以及一些特殊的地球内部材料（如部分熔融的岩浆、高压下的矿物）。详细阐述了这些材料的物理组成、微观结构（如晶体结构、颗粒形态、孔隙分布、胶结程度）以及它们对宏观力学行为的影响。在此基础上，本书系统地回顾了经典连续介质力学和岩石力学中的基本概念，包括应力、应变、弹性、塑性、粘弹性、粘塑性等。通过对大量实验数据和理论模型的分析，本书详细探讨了不同类型地质材料在单轴、三轴压缩、剪切、拉伸等不同加载条件下的应力-应变响应。特别关注了材料的屈服准则、强度衰减、泊松比变化、体积变形等关键力学参数，以及这些参数如何受材料成分、结构、密度、含水量等因素的影响。第二部分：细观结构与变形机制的关联地质材料的宏观变形行为，根植于其复杂的细观结构。本书的第二部分将视角深入到微观层面，重点解析材料的细观结构（如颗粒间的接触、孔隙网络的连通性、微裂纹的萌生与扩展、矿物颗粒的滑移与断裂）如何影响宏观变形。本部分将详细介绍各种表征细观结构的先进技术，例如光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线计算机断层扫描（CT）等，以及如何利用这些技术定量地描述材料的孔隙度、比表面积、颗粒形状和尺寸分布、微裂纹密度和方向等参数。接着，本书将重点探讨不同变形机制在细观尺度上的表现。例如，在加载过程中，颗粒的滑动、滚动、断裂，孔隙的闭合和连通性变化，微裂纹的萌生、扩展和贯通，以及在粘性土壤中，颗粒间的润滑、晶体层的滑移等。本书将结合理论模型和实验观测，阐释这些细观机制如何累积并最终导致宏观的变形和破坏。例如，对粘性土中微观颗粒的接触网络在剪切过程中的演化，以及对岩石中微裂纹网络在疲劳加载下的扩展模式进行深入分析。第三部分：影响地质材料变形特性的关键因素地质材料的变形并非孤立发生，而是受到多种外部和内部因素的显著影响。本书第三部分将深入剖析这些关键因素的作用机制。孔隙流体压力与有效应力原理：这是理解饱和地质材料变形行为的核心。本书将详细阐述孔隙流体压力如何影响材料的有效应力，进而改变其强度和变形模量。通过分析不同加载速率和排水条件下，孔隙流体压力的变化规律及其对材料变形的影响，例如在快速加载时可能出现的超孔隙水压力以及其引发的失稳现象。温度效应：温度对地质材料的变形具有复杂而显著的影响。本书将分析温度变化如何影响矿物晶格振动、水分子行为、粘性组分的粘度，以及这些变化如何传递到宏观力学性质。将探讨高温（如地热区域、火山活动）和低温（如冻土）对岩石和土壤强度、弹性和塑性行为的影响，并介绍相关的实验方法和模型。湿度与含水量：对于表层地质材料，湿度和含水量是至关重要的因素。本书将详细阐述水分子在地质材料中的吸附、渗透、迁移过程，以及它们如何影响颗粒间的粘聚力、摩擦角、渗透性以及整体的力学强度。将重点关注粘性土的胀缩特性、失水固结过程以及土壤在不同含水量条件下的力学响应。加载速率与时间效应：地质材料的变形并非瞬时完成，而是与加载速率和时间密切相关。本书将深入探讨材料的粘弹性、粘塑性和蠕变行为，即材料在恒定应力作用下随时间推移而发生的变形。将介绍用于描述这些时间相关行为的各类本构模型，以及它们在长期工程稳定性评估中的应用。围压与应力历史：材料所承受的围压是影响其变形和强度的重要因素。本书将详细阐述围压对材料压缩性和屈服行为的影响，并探讨应力历史（如加载、卸载、加载路径）如何影响材料的塑性变形和记忆效应。第四部分：特殊地质材料的变形特性除了常规的岩石和土壤，地球上还存在一些具有独特变形行为的特殊地质材料。本书第四部分将对这些材料进行专项研究。软土：软土（如淤泥、有机质土）通常具有高含水量、低强度、高压缩性等特点，其变形行为对工程建设提出巨大挑战。本书将深入分析软土的细观结构特征，以及在固结、剪切、蠕变等过程中所表现出的复杂变形机制，并介绍相应的改良措施和工程设计方法。岩体（Rock Mass）：岩体并非连续均匀的介质，而是由岩石块体、节理、裂隙、断层等不连续面组成的复杂系统。本书将从宏观和细观角度，分析岩体整体的变形特性，包括块体之间的相对滑动、节理的变形以及岩体在围岩压力下的响应。将重点关注岩体的变形模量、剪胀性以及岩体稳定性评估。地层（Strata）与沉积物（Sediments）：关注地层在沉积、压实、埋藏过程中的变形演化，以及沉积物在流体动力作用下的搬运、堆积和固结过程。高温高压下的地质材料：探讨地幔、地壳深部等极端环境下，矿物和岩石在高温高压作用下的变形行为，包括矿物的相变、蠕变、塑性流动等，以及它们对板块构造、地震活动等地球动力学过程的影响。冻土：关注冻土在冻融循环下的变形特性，包括冻胀、融沉、强度变化等，以及它们对寒区工程建设的挑战，并介绍相关的研究方法和防治技术。第五部分：地质材料变形特性的测试与模拟方法精确地了解地质材料的变形特性，离不开先进的实验测试技术和数值模拟方法。本书的第五部分将对此进行详细介绍。室内实验测试：详细介绍各种经典的岩石力学和土力学室内试验方法，例如三轴压缩试验、直剪试验、单轴压缩试验、固结试验、渗透试验、蠕变试验等，并重点阐述如何通过优化试验方案，获取可靠的实验数据。现场测试：介绍现场原位测试技术，如旁压试验、平板荷载试验、声波探测、孔压监测等，以获取更接近真实地质环境下的变形参数。数值模拟方法：详细介绍有限元法（FEM）、离散元法（DEM）、光滑粒子动力学（SPM）等数值模拟技术在地质材料变形分析中的应用。将重点阐述如何建立不同尺度的数值模型，模拟复杂的地质结构和变形过程，并预测工程响应。现代观测技术：介绍遥感技术（如InSAR）、GPS、分布式光纤传感技术等，用于监测大范围地质体的变形，为模型验证和工程安全提供依据。第六部分：地质材料变形特性在工程实践中的应用本书的最后一项重点，是将前述的理论和方法，应用于实际的工程问题中。工程边坡稳定性分析：如何利用地质材料的变形特性，评估边坡的潜在滑动风险，并设计有效的加固措施。隧道与地下工程设计：如何预测隧道开挖引起的围岩变形，以及如何设计合理的支护方案，确保工程安全。基础工程设计：如何根据地质材料的承载能力和变形特性，设计可靠的桩基、筏板基础等。矿山开采与边坡稳定性：如何分析矿山开采引起的围岩变形和地表沉降，以及如何评估露天开采边坡的稳定性。水利工程与大坝设计：如何评估大坝填筑材料的变形特性，以及水体压力对坝体稳定性的影响。地震工程与地质灾害预测：如何利用地质材料的变形特性，研究地震波的传播、场地液化、滑坡等灾害的发生机制。地下空间开发与资源勘探：如何预测地下储层在注采过程中的变形，以及如何为核废料储存、CO2封存等提供安全保障。《地质材料的变形特性》一书，不仅仅是对现有知识的梳理和整合，更是对未来研究方向的展望。本书在各个章节都积极探讨了当前研究的难点和挑战，并对新兴的研究方法和前沿领域进行了预警，例如考虑多场耦合（如热-力-流耦合）、颗粒-连续介质混合模型、以及利用人工智能和大数据分析来提升地质材料变形预测的精度。本书的出版，旨在为读者提供一个全面、深入、严谨且极具价值的知识体系，帮助他们更好地理解我们脚下的这片土地，更有效地应对复杂的工程挑战，并在探索地球奥秘的征途上，迈出更坚实的步伐。无论您是初涉此领域的研究新人，还是经验丰富的老牌专家，相信本书都能为您带来启迪与收获。