岩石力学与工程研究著作丛书土石混合体破裂与渗流过程结构演化多尺度力学特性

目 录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 3
1.2 土石混合体多尺度结构力学研究现状及评述 4
1.2.1 土石混合体细观结构特征研究现状 4
1.2.2 土石混合体细观结构模型研究现状 7
1.2.3 土石混合体细观力学特性研究现状 8
1.2.4 土石混合体流固耦合特性研究现状 10
1.2.5 土石混合体多尺度结构力学特性研究趋势 15
1.3 本书主要研究内容 17
参考文献 19
第2 章 土石混合体细观数值试验研究 23
2.1 概述 23
2.2 计算细观力学概念的提出 23
2.3 细观数值模型的基本思路 25
2.4 土石混合体损伤开裂的非线性机制 25
2.4.1 土石混合体损伤机制分析 25
2.4.2 材料赋值的Weibull 分布及参数估计 26
2.5 土石混合体细观损伤开裂计算 28
2.5.1 数值计算软件的选取 29
2.5.2 土石混合体细观强度参数的标定 31
2.5.3 土石胶结性质对试样开裂的影响分析 33
2.5.4 试样破坏形态及强度分析 35
2.5.5 土石混合体渐进性破坏特征分析 44
2.5.6 土石混合体三轴压缩数值试验 47
参考文献 51
第3 章 土石混合体实时超声波试验研究 53
3.1 概述 53
3.2 超声波测试试验系统 53
3.3 超声波测试试样描述 55
3.4 试验设计思路 59
3.5 干燥试样单轴压缩轴向超声波试验研究 60
3.5.1 试样干密度对波速和衰减系数的影响 60
3.5.2 单轴抗压强度与含石量的关系 61
3.5.3 试样破坏模式 62
3.5.4 超声波波速与应力的关系 62
3.5.5 透射系数与应力的关系 65
3.5.6 孔隙演化分析 67
3.5.7 单轴抗压强度与超声波波速关系探讨 70
3.5.8 土石混合体声学特征的特殊性分析 70
3.6 干燥试样单轴压缩径向超声波试验研究 75
3.6.1 单轴抗压强度与含石量的关系 75
3.6.2 试样破坏模式 76
3.6.3 超声波波速与应力的关系 77
3.6.4 裂纹演化特征分析 77
3.6.5 损伤本构模型的建立 82
3.6.6 基于声学特性的土石混合体本构关系与土体的区别 90
3.7 干燥试样三轴压缩超声波试验研究 93
3.7.1 土石混合体三轴压缩声压特性测试方法介绍 93
3.7.2 加载前土石混合体试样波速测定 95
3.7.3 应力应变响应分析 97
3.7.4 试样变形过程中超声波波速变化特征 98
3.7.5 土石混合体声压相关性分析 103
3.7.6 土石混合体抗剪强度参数分析 107
3.7.7 土石混合体破裂机理分析 107
3.8 非饱和试样三轴压缩超声波试验研究 112
3.8.1 非饱和试样波速-应力-应变分析 112
3.8.2 非饱和试样声压相关性分析 114
3.8.3 土石混合体抗剪强度特性 114
3.8.4 土石混合体破坏形态分析 116
3.9 干燥试样拉伸劈裂实时超声波试验研究 118
3.9.1 土石混合体间接拉伸声压特性测试方法介绍 118
3.9.2 土石混合体拉伸破裂过程研究思路 121
3.9.3 劈裂应力-位移曲线 122
3.9.4 劈裂应力-位移-超声波波速曲线 124
3.9.5 劈裂拉伸过程声压相关性分析 126
3.9.6 裂纹损伤演化过程 128
3.9.7 劈裂拉伸作用下破裂面宏细观形态研究 130
参考文献 134
第4 章 土石混合体实时CT 扫描试验研究 137
4.1 概述 137
4.2 单轴压缩条件下CT 扫描试验(含水量0%) 137
4.2.1 试验方法 137
4.2.2 设计含石量标定 141
4.2.3 损伤开裂的CT 数分析 142
4.2.4 试样的扩容特征分析 143
4.2.5 ROI_CT 数特征分析 143
4.2.6 裂纹参数的识别提取 146
4.2.7 裂纹特征参数统计 147
4.2.8 孔隙演化特征分析 150
4.2.9 损伤识别与扩展规律 157
4.3 单轴压缩条件下实时CT 扫描试验(含水量10%) 162
4.3.1 实时单轴压缩与CT 扫描方案 163
4.3.2 单轴压缩过程中损伤识别与扩展 165
4.3.3 单轴压缩过程中块石运动追踪 167
4.3.4 单轴压缩过程中裂纹识别与提出 173
4.3.5 单轴压缩过程中裂纹几何形态分析 175
4.3.6 土石混合体损伤演化模型 180
4.4 三轴压缩条件下实时CT 扫描试验(含水量10%) 182
4.4.1 三轴压缩实时CT 扫描试验设计 182
4.4.2 三轴破坏过程CT 图像分析 183
4.4.3 三轴变形过程试样裂纹提取 184
4.4.4 三维细观结构演化分析 187
4.4.5 三轴变形局部化分析 189
4.4.6 三轴变形非均匀性分析 192
4.4.7 三轴剪胀特性分析 193
4.4.8 三轴压缩宏观破裂形态描述 195
4.5 含石量对土石混合体细观力学特性影响分析 196
4.5.1 试样制备方法简介 196
4.5.2 试验方案 197
4.5.3 试样破裂过程CT 重构图像分析 199
4.5.4 试样破裂过程细观结构演化分析 202
4.5.5 剪胀行为分析 204
4.5.6 破坏形态分析 206
参考文献 209
第5 章 土石混合体渗流特性结构控制机理研究 211
5.1 概述 211
5.2 土石混合体大尺度试样渗流规律研究 212
5.2.1 试验材料 212
5.2.2 试验仪器及方法 213
5.2.3 黏土基质大尺度试样渗流试验结果 216
5.2.4 淤泥质土基质大尺度试样渗流试验结果 219
5.2.5 砂土基质大尺度试样渗流试验结果 221
5.2.6 不同基质类型渗透特性对比分析 222
5.3 土石混合体小尺度试样渗流规律研究 223
5.3.1 试验材料和制备 223
5.3.2 试验系统 227
5.3.3 小尺度试样渗流试验结果 229
5.3.4 土石混合体非达西渗流特性分析 231
5.3.5 块石对渗透系数的影响 233
5.3.6 临界水力梯度预测 234
5.3.7 基于Forchheimer 方程的非达西渗流预测 236
5.4 土石混合体非达西渗流的尺度效应(细长效应) 238
5.4.1 试验方法与思路 239
5.4.2 不同长细比试样制备 240
5.4.3 试验流程 242
5.4.4 试验现象描述 243
5.4.5 不同长细比试样非达西渗流特性 244
5.4.6 土石混合体渗流特性的细长效应 246
5.5 土石混合体加卸围压渗流规律试验 250
5.5.1 试验流程 251
5.5.2 一般渗流规律描述 252
5.5.3 渗透系数与围压的关系 254
5.5.4 加卸围压阶段试验曲线对比分析 257
5.5.5 水力梯度对加卸围压阶段渗透系数的影响 258
5.6 土石混合体应力-应变-渗流耦合试验 261
5.6.1 试验流程 261
5.6.2 渗流-应力耦合试验现象描述 263
5.6.3 单轴压缩条件下试样应力-应变-渗流规律 265
5.6.4 三轴压缩条件下试样应力-应变-渗流规律 266
5.6.5 水力梯度对流固耦合特性的影响分析 270
参考文献 272
第6 章 土石混合体渗流破坏演化特性研究 276
6.1 概述 276
6.2 土石混合体渗流-侵蚀-应力耦合管涌试验 276
6.2.1 试验方法 276
6.2.2 试验步骤 277
6.2.3 试验结果与讨论 279
6.3 土石混合体管涌多因素分析及优化 287
6.3.1 材料和试样制备 287
6.3.2 试验系统 290
6.3.3 试验流程 290
6.3.4 管涌多因素评价与分析 290
6.3.5 临界水力梯度优化分析 296
参考文献 297