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【内容】
看似简单的颗粒材料，却能够表现出远比固体、流体更复杂的物理力学特性，如压硬性、剪胀性、各向异性、路径相关性等。这些复杂的物理力学特性与其离散性、多尺度和能量耗散机制有关。岩土工程、水利工程、道路桥梁工程等的附存环境或建筑材料中相当大一部分是由离散形式的颗粒材料组成，如砂土、碎石、粗粒土等，可统称为岩土颗粒材料。岩土颗粒材料的力学特性直接影响堆石坝、堤防、地（路）基等工程的设计、施工和运行，因此受到广泛关注。本书以水利工程、岩土工程中的岩土颗粒材料为研究对象，针对其形状不规则、易破碎的特点，建立基于连续离散耦合分析方法的岩土颗粒材料细观数值模拟方法，系统开展颗粒动静态破碎、颗粒形状表征和集合体细观数值试验研究。本书可作为土木工程、水利工程、地质工程、冶金工程等相关专业的科研工作者、研究生的参考用书，也可供对颗粒材料有兴趣的相关专业工程技术人员参考阅读。
【目录】
第1章连续离散耦合分析方法1
1.1接触力模型2
1.1.1接触问题的一般描述2
1.1.2二维情况下的接触力计算3
1.1.3三维情况下的接触力计算6
1.1.4线性接触模型9
1.2接触检索10
1.3颗粒变形13
1.3.1应力应变关系13
1.3.2动力平衡方程17
1.3.3显式时域积分20
1.4本章小结20
参考文献21
第2章颗粒形状和颗粒破碎23
2.1随机多面体颗粒24
2.2三维激光扫描颗粒25
2.3颗粒形状表征27
2.4内聚力开裂模型30
2.4.1裂纹起裂准则32
2.4.2裂纹扩展准则34
2.5本章小结36
参考文献36
第3章单颗粒的破碎特性39
3.1真实形状颗粒破碎模拟40
3.1.1颗粒形状数据库40
3.1.2单颗粒压缩试验42
3.1.3开裂和破碎模式43
3.1.4颗粒破碎强度统计46
3.1.5颗粒碎片质量分布48
3.2颗粒破碎强度的尺寸效应49
3.2.1尺寸效应研究进展49
3.2.2颗粒压缩试验50
3.2.3界面强度的敏感性51
3.2.4破碎强度的统计分析53
3.3局部约束模式对颗粒破碎的影响54
3.3.1颗粒局部约束模式54
3.3.2多约束颗粒压缩试验56
3.3.3破碎模式和破碎强度60
3.4本章小结63
参考文献64
第4章单颗粒的冲击破碎特性71
4.1冲击碎片形状与分形特性72
4.1.1冲击破碎研究进展72
4.1.2单颗粒冲击试验73
4.1.3破碎模式和碎片统计77
4.2不同断裂机制对冲击破碎的影响85
4.2.1冲击破碎模拟85
4.2.2损伤-碎裂相变88
4.2.3开裂模式89
4.2.4碎片统计分布92
4.3无序性对脆性材料冲击破碎的影响95
4.3.1颗粒无序性95
4.3.2颗粒冲击试验96
4.3.3破碎模式与碎片统计96
4.3.4无序性影响机制100
4.4本章小结102
参考文献103
第5章考虑颗粒破碎的岩土颗粒材料宏细观力学特性111
5.1颗粒破碎的力学机制112
5.2三轴压缩数值试验112
5.3颗粒破碎对宏细观力学特性的影响113
5.3.1宏观力学特性113
5.3.2围压影响116
5.3.3破碎强度影响119
5.3.4能量耗散120
5.4本章小结122
参考文献123
第6章复杂加载路径下的堆石体宏细观力学特性125
6.1真三轴数值试验126
6.1.1数值试样126
6.1.2细观参数128
6.1.3应力应变不变量129
6.2数值试验验证130
6.2.1常规三轴应力路径试验130
6.2.2常规加卸载应力路径试验131
6.3等静水压力等中主应力系数的应力路径的三轴试验132
6.3.1加载路径132
6.3.2宏观力学响应133
6.3.3剪胀特性138
6.3.4三维强度准则140
6.3.5细观组构信息147
6.4等比例应变路径试验156
6.4.1材料失稳156
6.4.2加载路径158
6.4.3宏观力学响应160
6.4.4细观组构信息164
6.5本章小结176
参考文献177
第7章考虑颗粒延迟破碎的堆石体流变特性181
7.1堆石体流变机理182
7.2颗粒的延迟破碎183
7.2.1亚临界裂纹扩展理论183
7.2.2颗粒强度劣化模型184
7.2.3流变时间策略188
7.3堆石体流变数值试验189
7.3.1双轴流变数值试验189
7.3.2颗粒强度劣化模型验证190
7.3.3参数敏感性分析192
7.3.4细观组构信息194
7.4堆石体的流变特性196
7.4.1风化侵蚀和循环加载的影响196
7.4.2堆石体流变的应力历史依赖性198
7.5本章小结200
参考文献201
第8章基于分形理论的堆石料级配优化203
8.1分形理论及其在岩土工程中的应用204
8.2颗粒粒径-质量分形模型204
8.3堆石料的级配分形特性206
8.3.1原型级配分形206
8.3.2室内试验级配分形208
8.3.3单颗粒破碎分形211
8.4堆石料压实度试验212
8.5三轴剪切数值试验214
8.5.1常规三轴数值试验214
8.5.2宏观力学特性215
8.5.3细观组构信息217
8.6级配评价指标222
8.7本章小结223
参考文献224
1.1接触力模型2
1.1.1接触问题的一般描述2
1.1.2二维情况下的接触力计算3
1.1.3三维情况下的接触力计算6
1.1.4线性接触模型9
1.2接触检索10
1.3颗粒变形13
1.3.1应力应变关系13
1.3.2动力平衡方程17
1.3.3显式时域积分20
1.4本章小结20
参考文献21
第2章颗粒形状和颗粒破碎23
2.1随机多面体颗粒24
2.2三维激光扫描颗粒25
2.3颗粒形状表征27
2.4内聚力开裂模型30
2.4.1裂纹起裂准则32
2.4.2裂纹扩展准则34
2.5本章小结36
参考文献36
第3章单颗粒的破碎特性39
3.1真实形状颗粒破碎模拟40
3.1.1颗粒形状数据库40
3.1.2单颗粒压缩试验42
3.1.3开裂和破碎模式43
3.1.4颗粒破碎强度统计46
3.1.5颗粒碎片质量分布48
3.2颗粒破碎强度的尺寸效应49
3.2.1尺寸效应研究进展49
3.2.2颗粒压缩试验50
3.2.3界面强度的敏感性51
3.2.4破碎强度的统计分析53
3.3局部约束模式对颗粒破碎的影响54
3.3.1颗粒局部约束模式54
3.3.2多约束颗粒压缩试验56
3.3.3破碎模式和破碎强度60
3.4本章小结63
参考文献64
第4章单颗粒的冲击破碎特性71
4.1冲击碎片形状与分形特性72
4.1.1冲击破碎研究进展72
4.1.2单颗粒冲击试验73
4.1.3破碎模式和碎片统计77
4.2不同断裂机制对冲击破碎的影响85
4.2.1冲击破碎模拟85
4.2.2损伤-碎裂相变88
4.2.3开裂模式89
4.2.4碎片统计分布92
4.3无序性对脆性材料冲击破碎的影响95
4.3.1颗粒无序性95
4.3.2颗粒冲击试验96
4.3.3破碎模式与碎片统计96
4.3.4无序性影响机制100
4.4本章小结102
参考文献103
第5章考虑颗粒破碎的岩土颗粒材料宏细观力学特性111
5.1颗粒破碎的力学机制112
5.2三轴压缩数值试验112
5.3颗粒破碎对宏细观力学特性的影响113
5.3.1宏观力学特性113
5.3.2围压影响116
5.3.3破碎强度影响119
5.3.4能量耗散120
5.4本章小结122
参考文献123
第6章复杂加载路径下的堆石体宏细观力学特性125
6.1真三轴数值试验126
6.1.1数值试样126
6.1.2细观参数128
6.1.3应力应变不变量129
6.2数值试验验证130
6.2.1常规三轴应力路径试验130
6.2.2常规加卸载应力路径试验131
6.3等静水压力等中主应力系数的应力路径的三轴试验132
6.3.1加载路径132
6.3.2宏观力学响应133
6.3.3剪胀特性138
6.3.4三维强度准则140
6.3.5细观组构信息147
6.4等比例应变路径试验156
6.4.1材料失稳156
6.4.2加载路径158
6.4.3宏观力学响应160
6.4.4细观组构信息164
6.5本章小结176
参考文献177
第7章考虑颗粒延迟破碎的堆石体流变特性181
7.1堆石体流变机理182
7.2颗粒的延迟破碎183
7.2.1亚临界裂纹扩展理论183
7.2.2颗粒强度劣化模型184
7.2.3流变时间策略188
7.3堆石体流变数值试验189
7.3.1双轴流变数值试验189
7.3.2颗粒强度劣化模型验证190
7.3.3参数敏感性分析192
7.3.4细观组构信息194
7.4堆石体的流变特性196
7.4.1风化侵蚀和循环加载的影响196
7.4.2堆石体流变的应力历史依赖性198
7.5本章小结200
参考文献201
第8章基于分形理论的堆石料级配优化203
8.1分形理论及其在岩土工程中的应用204
8.2颗粒粒径-质量分形模型204
8.3堆石料的级配分形特性206
8.3.1原型级配分形206
8.3.2室内试验级配分形208
8.3.3单颗粒破碎分形211
8.4堆石料压实度试验212
8.5三轴剪切数值试验214
8.5.1常规三轴数值试验214
8.5.2宏观力学特性215
8.5.3细观组构信息217
8.6级配评价指标222
8.7本章小结223
参考文献224
