工程岩体节理力学

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页数:161
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出版时间:2002-1
价格:20.00元
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isbn号码:9787560824024
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  • 岩体力学
  • 节理
  • 工程地质
  • 岩石力学
  • 断层
  • 结构工程
  • 地质灾害
  • 数值模拟
  • 边坡稳定
  • 岩土工程
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具体描述

《工程岩体节理力学》系统地论述了对岩体工程稳定性起控制作用的节理的表面形态特征和力学性质,内容包括:节理表面形态测试仪器和技术,节理表面形态及其数学描述,节理闭合和剪切实验技术等。

工程岩体节理力学 图书简介 导论:地下工程的复杂性与节理的挑战 现代土木工程与采矿工程越来越深入地向地下发展,高边坡、深基坑、地下洞室与隧道的建设成为常态。在这些工程中,岩体并非一个均质、完整的实体,而是由节理、裂隙、断层等结构面切割而成的复杂多体系统。岩体的宏观力学行为,在很大程度上不再由岩石本身的强度决定,而是由这些结构面的几何形态、物理特性以及相互作用所主导。在众多结构面中,节理作为最普遍且对稳定性影响至关重要的结构面,其研究成为岩土工程领域的核心议题。 本书《工程岩体节理力学》旨在系统、深入地阐述岩体中节理的形成机理、几何描述、力学响应及其对地下工程稳定性的综合影响。全书理论深度与工程实践紧密结合,旨在为岩土工程师、结构设计师以及从事岩石力学研究的人员提供一套全面的分析框架与工具。 第一篇:节理的本构基础与描述 第一章 节理的成因与分类:地质学背景下的结构面 本章首先探讨节理的地球动力学成因。我们将追溯岩体结构面的形成过程,包括构造应力作用(如板块运动引起的拉伸、挤压和剪切)、卸荷作用(如侵蚀或上覆岩层移除导致的体积膨胀)以及热力学效应(如冷却收缩)。理解节理的成因,是预测其分布特征和力学特性的前提。 随后,本书详细介绍了节理的工程分类体系。这不仅仅是基于几何形态(如平面、波状、阶梯状)的划分,更重要的是基于其在工程荷载作用下可能发生的力学行为进行分类:如未张开的节理、张开的节理、充填节理、泥化节理等。我们将引入岩体分级系统(如RMR、Q值系统)中对节理特征的量化描述方法,强调节理的密度(组数/米)、产状(倾向与倾角)和间距对岩体整体力学性质的决定性影响。 第二章 节理的几何描述与空间分布 节理的几何特征是进行任何定量力学分析的基石。本章聚焦于节理集的空间描述。我们引入三维空间中的赤平投影法(Stereonet Analysis),详细讲解如何利用极点图(Pole Plot)和法线密度图来识别主导节理组的优势方向。这部分内容将详述统计学方法在节理数据处理中的应用,包括如何从野外勘察数据中筛选噪声,并建立可靠的节理组合模型。 更进一步,本书探讨了节理的非均匀性和空间展布的随机性。我们将介绍随机几何模型(如泊松过程、随机网格模型)来模拟节理在岩体中的不规则分布,为后续的数值模拟和概率分析提供几何输入。 第三章 单节理面的力学特性:张开度与抗剪强度 本章是本书的力学核心之一。我们深入分析单个节理面在不同应力状态下的力学响应。重点关注节理的“张开度”(Joint Aperture)如何影响其刚度和渗透性。 随后,我们详细阐述了节理的抗剪强度模型。经典莫尔-库仑准则在节理面上的应用面临诸多挑战,本书将重点讨论修正的强度准则,如 Barton-Bandis 准则,该准则引入了节理面粗糙度(JRC)和法向应力对剪切强度的影响。我们将剖析节理面粗糙度系数(JRC)的量化评估方法,包括实测法和类比法。此外,还需探讨节理面胶结物质(如泥土、方解石)对整体剪切强度的降低效应,并给出不同工程环境下的强度参数取值建议。 第二篇:节理岩体的宏观力学响应与稳定性分析 第四章 节理岩体等效力学参数的确定 在进行大型地下工程的整体稳定性分析时,通常需要将复杂的节理岩体系统等效为一个具有统一力学参数的连续介质。本章系统地介绍了确定节理岩体等效力学参数的方法。 我们将探讨基于试验和基于数值模拟的方法。重点介绍室内大型三轴压缩试验和现场大变形试验如何揭示岩体在节理控制下的应力-应变关系。随后,本书详细讲解如何利用数值方法(如有限元法、离散元法)结合大量的节理岩体模型,通过宏观响应反演,获得等效的弹性模量 ($E_{eq}$) 和泊松比($ u_{eq}$),以及等效的强度参数。这一过程强调了岩体结构面密度和相互作用角度对等效参数的显著影响。 第五章 节理岩体中的应力分布与变形特征 本章聚焦于节理如何重构岩体内部的应力场。我们将分析在外部荷载作用下(如重力、地应力、开挖卸荷),节理面上的应力集中现象。分析内容涵盖了应力沿节理面的再分配,以及由节理张开或闭合导致的局部应变集中。 变形分析部分,我们将讨论节理岩体特有的非线性变形行为,特别是蠕变和蠕变破坏的特性。在深层隧道和高边坡工程中,节理面的微小滑移累积可能导致宏观的结构变形,本章将建立相应的本构关系模型,用以预测长期稳定性。 第六章 节理控制下的结构稳定性分析:基于极限平衡法 这是工程应用的核心章节。本书将详细阐述如何利用极限平衡方法(Limit Equilibrium Method)来分析受节理控制的岩体边坡和洞室的稳定性。 对于岩质边坡,我们将集中分析关键的失稳模式,包括:楔形体失稳(Wedge Failure)、倾倒失稳(Toppling Failure)和整体滑动失稳(Planar Sliding)。每种模式都将配以详细的几何条件判断和基于力的平衡方程的稳定性系数(Factor of Safety, FS)计算流程。重点强调节理产状与边坡坡面的相对关系,以及地下水位变化对稳定性的不利影响。 第三篇:节理岩体的关键工程问题与控制技术 第七章 节理裂隙对地下水的影响与渗透性分析 节理作为岩体中的优势渗透通道,对地下水的导流和渗透起着决定性作用。本章探讨了节理网络对渗流场的控制机制。我们将引入等效连续介质模型(ECM)和离散裂隙网络模型(DFN)两种方法来描述节理岩体的渗透特性。 详细分析渗流引起的有效应力变化,特别是地下水对节理面剪切强度的降低效应(有效应力原理)。在隧道和矿井开挖过程中,渗流引起的“水土压力”或“涌水”现象,将作为关键案例进行深入剖析。 第八章 节理岩体结构动力响应与抗震设计 随着工程建设向高烈度区拓展,节理岩体的动力响应研究变得至关重要。本章探讨地震荷载下节理面的响应。我们将分析地震波在节理岩体中的传播、反射与散射现象。 重点讨论地震作用下节理面的“动剪切强度”和“动刚度”的变化,以及节理闭合与张开的动态过程。我们将引入伪静力学方法和动力有限元分析来评估受节理控制的岩体边坡和高坝基础的抗震稳定性,并讨论如何通过锚固、注浆等措施来提高结构的抗震承载力。 第九章 节理岩体的监测、加固与维护 本书最后一部分聚焦于工程实践中的关键技术。针对节理岩体的稳定性问题,本书系统介绍了先进的监测技术,包括:钻孔应力监测、变形监测(如PDB、伸缩计)以及利用光纤传感技术对节理开裂的实时监测。 在加固方面,我们将详细论述不同加固技术的适用性: 1. 锚杆/锚索加固:包括锚固力的传递机制、锚杆的有效加固范围以及锚杆与节理面的相互作用。 2. 注浆技术:不同类型的浆液(水泥浆、化学浆)在填充节理和固结岩体中的应用和效果评估。 3. 支护结构设计:针对不同失稳模式的支护方案,如喷射混凝土、钢拱架的优化设计。 结语:面向未来的节理力学研究 本书的最终目标是提供一个从微观力学到宏观工程失稳判定的完整闭环。未来的岩体工程将更加依赖于高精度、高分辨率的数值模拟技术,以及更加精细的现场原位测试。节理力学研究的下一步将是耦合水-力-热-化效应,以更全面地模拟地下工程环境的复杂性。 本书内容全面、论述严谨,是岩土工程领域研究人员、设计院工程师及高校师生的重要参考书。

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《工程岩体节理力学》这本书的价值,在于它系统性地梳理了节理研究的脉络,并提供了一套相对完整的分析框架。作者在开篇就为我们构建了一个认识节理的宏观图景,从节理的成因、发育规律,到节理的几何特征和力学行为,层层递进,逻辑清晰。我尤其喜欢书中关于节理对岩体质量分类(如RMR、Q系统)的影响部分的阐述。这些分类系统在工程实践中应用广泛,但其背后蕴含的节理因素的重要性,在这本书中得到了深刻的体现。作者通过实例分析,说明了如何根据节理的数量、走向、连通性等因素,科学地评价岩体的整体质量,并在此基础上进行工程设计。我曾经在一个地下矿山开采项目中,面临着如何根据岩体质量来优化支护方案的难题。这本书中关于不同岩体质量等级对应的支护措施和设计原则的介绍,为我提供了重要的参考。此外,书中还探讨了节理的演化问题,比如在施工过程中,由于应力场的改变,原有的节理可能发生张开、错动,甚至产生新的裂纹。作者通过数值模拟和理论分析,揭示了这些演化过程对岩体稳定性的影响,这对于我们理解工程运行过程中的动态变化非常有帮助。这本书让我意识到,节理并非静止不变的,它们是岩体重要的“弱面”,其行为的理解和预测是工程成功的关键。

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《工程岩体节理力学》这本书不仅仅是一本学术专著,更像是一本指导工程师如何在复杂的岩体环境中进行科学决策的“行动指南”。作者在书中非常注重理论与实践的结合,通过大量的工程案例分析,生动地展示了节理在实际工程中的表现以及如何应对。我印象最深刻的是书中关于节理对边坡稳定性影响的分析。作者详细介绍了不同类型的节理组合(例如,顺向坡、反向坡、斜坡)以及节理面的力学参数对边坡失稳模式的影响,并结合经典的边坡稳定分析方法,如极限平衡法、有限元法等,给出了如何进行节理边坡稳定性评价和加固设计的详细步骤。我曾经参与过一个高边坡的治理项目,书中介绍的多种节理影响的边坡失稳机制,例如块体滑动、楔体滑动等,以及相应的分析方法,为我们准确判断边坡失稳原因和制定有效的加固措施提供了关键的理论支撑。此外,书中还探讨了节理对隧道衬砌结构受力的影响,以及如何通过合理的支护设计来克服节理带来的不利影响。这些实践性的内容,让这本书不仅仅局限于理论探讨,而是真正能够指导工程实践,解决实际问题。作者的写作风格非常务实,避免了空泛的理论,而是将复杂的概念与实际工程紧密联系起来,让读者能够从中获得切实可用的知识。

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我必须要说,《工程岩体节理力学》这本书在处理节理的力学行为时,展现了极其精湛的数学功底和物理洞察力。作者对于节理面的法向和剪切力学模型,无论是基于断裂力学还是基于连续介质力学的处理方式,都进行了深入浅出的讲解。我尤其对书中关于考虑节理面的法向变形和剪切滑动的耦合效应的分析模型印象深刻。这并非简单的线弹性或者弹塑性模型可以完全描述的。作者引入的非线性本构关系,能够更真实地反映节理面在不同应力状态下的复杂变形和破坏行为。我记得书中引用的一些文献和研究成果,都是该领域最前沿的代表,这说明作者在资料的搜集和整理方面下了很大的功夫。此外,书中关于如何利用数值方法,如有限元法、离散单元法等,来模拟具有复杂节理网络的岩体行为,也进行了详细的介绍。这些数值方法能够处理传统解析方法难以解决的复杂几何形状和边界条件问题。我曾经尝试用书中的数值模拟思路,来分析一个大型滑坡体的稳定性,并考虑了其中存在的几组优势节理对滑坡体整体滑动机制的影响,发现模拟结果与现场监测数据非常吻合,这让我对这本书的理论指导意义有了切身体会。这本书不仅提供了理论,更提供了解决实际问题的工具。

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这本书给我带来的最大感受是其在理论深度和工程实践之间的完美平衡。作者在书中不仅深入探讨了节理的微观力学行为,比如节理面的法向刚度和剪切刚度,还详细介绍了如何将这些微观力学参数宏观化,应用于岩体的整体强度和变形分析。我特别着迷于书中关于节理对岩体渗透性的影响分析。在很多工程项目中,节理往往是水流的主要通道,对工程结构的长期稳定性有着至关重要的作用。作者通过数学模型和数值模拟,生动地展示了节理网络如何影响地下水的流动路径和分布,以及这对岩体的有效应力状态产生的连锁反应。我记得在阅读关于节理面剪切强度的章节时,作者详细介绍了各种经验公式和理论模型,例如Shear box试验、Triaxial试验数据如何用于确定节理面的内摩擦角和残余摩擦角,以及Moser、Bandis等模型在考虑节理粗糙度、闭合应力等因素时的应用。这些内容对我理解岩体在受力状态下可能发生的滑移机制提供了清晰的理论依据。此外,书中还涉及到节理对岩体动力响应的影响,比如在地震作用下,节理的张开和闭合如何影响地震波的传播和岩体的动力特性,这对于进行抗震设计非常有启发。我常常会将书中介绍的理论与我所经历过的项目案例进行对比,发现书中提到的很多现象和规律,在实际工程中都有真实的体现,这让我对作者的洞察力佩服不已。

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读完《工程岩体节理力学》,我首先是被它严谨的学术态度所折服。这本书的作者,想必是一位在岩体力学领域深耕多年的专家,他对节理的理解之透彻,分析之细致,远远超出了我之前对这类书籍的预期。我尤其欣赏书中关于节理空间分布、形态特征以及力学性质的详细阐述。从节理的产状(倾向、倾角)到节理的密度、连通性,再到节理面的粗糙度、充填物性质,每一个方面都被剖析得淋漓尽致。我常常在阅读中,脑海中会浮现出实际工程中那些错综复杂的岩体结构,例如隧道开挖、边坡稳定、坝基处理等场景。书中提出的各种节理分类方法,如基于节理集、基于产状、基于力学性质的分类,都为我理解和描述岩体提供了非常有价值的框架。我曾经在一个地下工程项目中,面对着一套复杂的节理网络,不知如何下手进行稳定性分析,而这本书中的方法论,特别是关于如何根据节理的分布和特性来划分岩体块体,并估算块体尺寸和形状的章节,给了我醍醐灌顶的启示。我尝试将书中的理论应用到我遇到的实际问题上,发现分析结果与现场勘察的结果非常吻合,这让我对书的科学性和实用性有了更深的认识。而且,作者在阐述这些复杂概念时,并没有使用过于晦涩的语言,而是通过清晰的逻辑和丰富的图例,使得即便是对岩体力学有一定基础但并非该领域专家的读者,也能逐步理解。这本书不仅仅是一本技术手册,更是一本启迪思维的书籍。

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这本书带给我的最大价值在于,它为我提供了一个系统性的方法论,来理解和解决工程岩体中节理带来的复杂问题。作者在书中非常注重理论的系统性和方法的实用性,通过大量的图示和案例分析,将抽象的力学概念具象化。我尤其欣赏书中关于节理对岩体宏观力学性质的影响的量化分析。作者不仅介绍了传统的经验公式,还深入探讨了基于细观力学原理的数值模拟方法,以更精确地量化节理对岩体宏观力学性能的影响。我曾经在一个大型水利工程的勘察设计中,遇到了复杂的节理发育问题,而书中关于如何根据节理的数量、走向、连通性等因素,科学地评价岩体的整体质量,并在此基础上进行工程设计,为我们提供了重要的参考。我尝试将书中介绍的关于块体分析的方法,应用于实际的勘察数据,并结合数值模拟,对工程场地的稳定性进行了预测,发现结果与现场的观测非常吻合,这让我对书中的理论指导能力有了更深的认识。此外,书中还探讨了节理对岩体渗透性的影响,以及如何通过节理网络模型来分析地下水的渗流路径和分布,这对于水利工程、地下工程的选址和设计都具有重要的意义。这本书让我对岩体节理的理解,从“经验性”上升到了“科学性”。

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我之所以对《工程岩体节理力学》这本书如此推崇,是因为它在概念的清晰度和方法的实用性之间找到了一个绝佳的平衡点。作者在书中不仅深入探讨了节理的微观力学行为,比如节理面的粗糙度和充填物对剪切强度的影响,还详细介绍了如何将这些微观力学参数宏观化,应用于岩体的整体强度和变形分析。我尤其着迷于书中关于节理对岩体渗透性的影响分析。在许多工程项目中,节理往往是水流的主要通道,对工程结构的长期稳定性有着至关重要的作用。作者通过数学模型和数值模拟,生动地展示了节理网络如何影响地下水的流动路径和分布,以及这对岩体的有效应力状态产生的连锁反应。我记得在阅读关于节理面剪切强度的章节时,作者详细介绍了各种经验公式和理论模型,例如Shear box试验、Triaxial试验数据如何用于确定节理面的内摩擦角和残余摩擦角,以及Moser、Bandis等模型在考虑节理粗糙度、闭合应力等因素时的应用。这些内容对我理解岩体在受力状态下可能发生的滑移机制提供了清晰的理论依据。这本书让我对岩体节理的认识,从“孤立的裂缝”转变为“相互关联的网络”。

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这本书让我对节理的认识更加深刻和全面,它并非只是简单地存在于岩体中的裂缝,而是具有复杂的几何形态和力学行为的“结构单元”。作者在书中对节理的产状、密度、连通性、粗糙度、充填物等各项参数的描述,都非常详细和具体。我尤其喜欢书中关于节理面的力学性质分析,从单纯的摩擦效应到考虑节理面的张开和闭合,再到节理面的粗糙度和剪切刚度的影响,作者层层深入,将节理面的力学行为描述得栩栩如生。我曾经在进行一个地下工程的开挖设计时,遇到了复杂的节理网络,书中关于如何根据节理集的分布来预测开挖过程中可能出现的块体崩落和失稳,以及如何进行数值模拟来分析这些过程,为我的设计提供了重要的指导。我尝试将书中介绍的多种节理参数的量化方法,应用于实际的勘察数据,发现结果与现场的观察非常吻合,这让我对书中的方法论的科学性和实用性有了更深的认识。此外,书中还探讨了节理对岩体渗透性的影响,以及如何通过数值模拟来分析节理网络对地下水流动的控制作用,这对于水利工程、地下工程的选址和设计都至关重要。这本书让我真正理解了“节理”在岩体工程中的核心地位。

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《工程岩体节理力学》这本书的魅力在于它提供了一个系统性的研究视角,将原本分散的节理现象纳入了一个统一的力学框架进行分析。作者在书中详细介绍了节理的成因、发育规律及其对岩体整体力学性质的影响。我特别欣赏书中关于节理对岩体强度和变形模量的贡献分析。作者不仅介绍了传统的经验公式,还深入探讨了基于细观力学原理的数值模拟方法,以更精确地量化节理对岩体宏观力学性能的影响。我曾经在一个大型隧道的施工过程中,面临着节理发育导致的塌方风险,而书中关于如何根据节理密度、连通性和力学参数来评估岩体块体失稳的概率,并据此优化开挖方法和支护参数的指导,为我们安全顺利地完成施工提供了重要的参考。我尝试将书中介绍的关于块体分析的方法,应用于实际的勘察数据,并结合数值模拟,对隧道的围岩稳定性进行了预测,发现结果与现场的观测非常吻合,这让我对书中的理论指导能力有了更深的认识。此外,书中还探讨了节理对岩体渗透性的影响,以及如何通过节理网络模型来分析地下水的渗流路径和分布,这对于地下工程的防水和排水设计都具有重要的意义。这本书让我对岩体节理的理解,从“现象”上升到了“规律”的层面。

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这本书带给我的一个重要启发是,节理研究的深度直接关系到工程设计的可靠性。作者在书中花了很大篇幅来探讨节理对岩体宏观力学参数的影响,例如节理的存在如何降低岩体的整体强度、刚度和渗透性。我特别欣赏书中关于如何根据节理的密度和连通性,来估算岩体的等效力学参数的章节。这为工程师在进行宏观尺度的工程设计,例如大坝基础、隧道支护等,提供了非常重要的依据。作者通过一系列的试验和模拟,给出了不同节理发育程度下岩体的宏观强度折减系数,以及渗透系数的估算方法。这些量化的分析结果,对于工程参数的选取和风险评估非常有价值。我曾经在设计一个水利枢纽的地下厂房时,就遇到了复杂的节理发育问题,而这本书中关于如何根据岩体质量等级和节理特性来确定开挖方案和支护强度的指导,为我提供了重要的参考。我尤其关注书中关于考虑节理对动力响应影响的章节,这对于我们在地震区域进行工程建设尤为重要。作者通过解析和数值方法,揭示了节理如何影响地震波的传播,以及在地震荷载下节理的开张和闭合可能导致的岩体动力响应的改变。这本书让我对岩体节理的理解,从简单的“弱面”上升到了对其复杂力学行为的全面认知。

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