隧道及地下工程FLAC解析方法

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出版者:中国水利水电
作者:李围
出品人:
页数:259
译者:
出版时间:2009-3
价格:35.00元
装帧:
isbn号码:9787508460420
丛书系列:
图书标签:
  • 数值分析
  • FLAC
  • 隧道
  • 岩土工程
  • 隧道工程
  • 地下工程
  • FLAC
  • 数值模拟
  • 岩土工程
  • 结构工程
  • 有限差分法
  • 工程地质
  • 土力学
  • 计算力学
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具体描述

《隧道及地下工程FLAC解析方法》以工程实例的形式深入浅出地介绍FLAC原理及其在隧道及地下工程力学行为分析中的应用技术。内容涵盖FLAC3D的基本原理,FISH语言入门指南及求解隧道及地下工程问题的基本过程,FLAC本构模型与单元,FISH语言及建模技术,隧道及地下工程设计与施工方法。书中重点介绍采用FLAC3D程序进行隧道及地下工程力学行为分析的工程实例,包括双线铁路隧道施工过程数值模拟分析、分离式公路隧道施工过程数值模拟分析和地铁盾构隧道施工过程分析及施工过程三维仿真分析。

《隧道及地下工程FLAC解析方法》是作者多年应用FLAC程序进行隧道及地下工程力学分析的成果总结,书中给出应用过程中的关键知识点和注意事项。同时,《隧道及地下工程FLAC解析方法》附有所有实例的FLAC命令流程序,可供读者免费下载。

《隧道及地下工程FLAC解析方法》 本书旨在为从事隧道及地下工程领域的工程师、研究人员和学生提供一套系统、深入的数值分析方法。我们重点关注使用FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)软件进行岩土工程边坡稳定、隧道开挖、基坑工程以及地下水渗流等关键问题的分析与模拟。 核心内容概览: 第一部分:FLAC软件基础与岩土力学原理 FLAC软件入门: FLAC软件的结构、功能以及在岩土工程中的应用概述。 FLAC的基本模型概念:离散单元法(DEM)与有限差分法(FDM)的结合,以及其在处理大变形和非线性材料行为方面的优势。 FLAC的用户界面、基本操作流程(模型建立、网格划分、本构模型选择、边界条件施加、求解器设置、结果后处理)。 常用的FLAC命令和脚本编写技巧,以提高分析效率。 岩土力学基础回顾: 岩土材料的应力-应变关系,重点介绍线弹性、弹塑性本构模型(如Mohr-Coulomb、Drucker-Prager模型)的原理及其在FLAC中的实现。 岩石和土体的强度理论,包括Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则等,并阐述如何在FLAC中定义这些参数。 土体和岩体的变形特征,包括压缩性、剪胀性等,以及这些特性对地下工程稳定性的影响。 多孔介质渗流理论,包括Darcy定律及其在FLAC中的流固耦合分析应用。 第二部分:隧道工程中的FLAC解析 隧道开挖过程模拟: 隧道开挖的离散化建模方法,包括不同开挖步序的设置。 支护结构(如钢拱架、喷射混凝土、锚杆)在FLAC中的模拟,包括材料属性的定义和施加方式。 围岩应力重分布分析,预测隧道开挖后的应力集中区域和卸荷区域。 隧道衬砌和围岩的相互作用分析,评估支护结构的受力状态和变形情况。 考虑不同地质条件(如软弱围岩、断层、节理)对隧道稳定性的影响。 隧道变形与稳定性分析: 隧道周围地表沉降的预测与评估。 隧道内部衬砌的应力和变形分析,用于优化衬砌设计。 隧道失稳模式的识别与分析,如隧道坍塌、挤压破坏等。 大直径、浅埋或深埋隧道等不同类型隧道的特殊分析方法。 隧道穿越复杂地层: 穿越松散土层、粘性土层、砂层等不同土质隧道的FLAC模拟。 穿越岩石地层,考虑不同岩体结构(如层状、块状)的影响。 穿越高地应力区域和富水区域隧道的风险评估与控制。 地下水对隧道稳定性的影响,流固耦合分析的应用。 第三部分:地下工程中的FLAC解析 边坡工程稳定性分析: 边坡的几何建模与网格划分。 边坡材料本构模型的选择(如Mohr-Coulomb,考虑雨水渗透时增加孔隙水压力)。 边坡安全系数的计算与评价,以及极限平衡法的对比分析。 边坡变形过程的模拟,预测滑坡的发生和发展。 对边坡进行加固处理(如锚杆、挡墙、土钉墙)后的效果评估。 基坑工程渗流与变形分析: 基坑开挖过程的模拟,包括坑壁支撑结构的受力分析。 地下水涌入的模拟,以及止水帷幕、截水桩等地下水的控制措施的有效性分析。 基坑周边土体的变形和对邻近建筑物的影响评估。 深基坑和大型基坑工程的特殊分析考虑。 地下连续墙、桩基等结构分析: 地下连续墙或排桩的承载力与变形分析。 桩基在复杂地质条件下的受力特性分析。 桩与土体的相互作用分析。 第四部分:进阶应用与案例研究 FLAC高级功能应用: 流固耦合分析在地下水丰富区域的应用。 动载荷(如地震)对地下结构的影响分析。 热-力耦合分析在地下洞室温度变化引起的变形分析。 考虑岩土材料时效性(如蠕变)的分析。 编写FISH函数实现用户自定义的计算功能和分析逻辑。 实际工程案例解析: 选取数个不同类型的隧道和地下工程项目,详细展示FLAC分析的全过程,包括: 工程背景介绍。 三维或二维模型的建立。 关键参数的选取和标定。 数值模拟的步骤和结果。 工程实践中的应用和验证。 本书力求理论与实践相结合,通过清晰的讲解和丰富的案例,帮助读者掌握FLAC软件在隧道及地下工程分析中的应用技巧,提升解决复杂工程问题的能力。

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目录信息

前言第1章 FLAC程序概述 1.1 FLAC程序简介 1.1.1 FLAC程序概述 1.1.2 ITASCA公司简介 1.1.3 使用手册介绍 1.1.4 本构模型、网格生成、边界和初始条件及操作方式 1.2 有限差分与其他数值方法的比较 1.2.1 岩土工程数值模拟方法 1.2.2 有限元法 1.2.3 有限体积法 1.2.4 有限差分法与其他数值方法的比较 1.3 FLAC程序在岩土工程中的应用概况 1.3.1 基础工程 1.3.2 隧道及地下工程 1.3.3 边坡工程 1.3.4 路基工程 1.4 本章小结第2章 FLAC3D原理及入门指南 2.1 FLAC3D基本原理 2.1.1 概述 2.1.2 空间导数的有限差分近似 2.1.3 运动平衡方程 2.1.4 应变、应力及节点不平衡力 2.1.5 阻尼力 2.2 FLAC3D的有限差分方程 2.2.1 本构方程 2.2.2 有限差分方程 2.3 有限差分求解方法及FLAC3D步骤 2.3.1 有限差分求解方法 2.3.2 岩土工程FLAC3D求解过程 2.4 FLAC3D基本命令 2.4.1 格式与编辑 2.4.2 关键词range相关命令 2.4.3 常用命令 2.5 FISH语言入门 2.5.1 FISH简介 2.5.2 FISH入门知识 2.6 FLAC程序求解基本过程实例 2.6.1 圆形隧道开挖模拟计算 2.6.2 模型建立 2.6.3 自重应力场模拟计算 2.6.4 隧道开挖模拟计算 2.6.5 本实例的FLAC程序 2.7 本章小结第3章 FLAC本构模型与单元 3.1 弹性模型和开挖模型 3.1.1 弹性模型 3.1.2 开挖模型 3.2 M-C和D-P塑性模型 3.2.1 Moth-Coulomb塑性模型 3.2.2 Drucker-Prager塑性模型 3.3 应变硬化—软化模型 3.3.1 应变硬化与软化模型 3.3.2 节理化模型 3.3.3 双线性应变硬化—软化的节理化模型 3.4 双屈服、剑桥和霍克布朗模型 3.4.1 双屈服模型 3.4.2 修正的剑桥粘土模型 3.4.3 霍克—布朗模型 3.5 梁、衬砌、锚索和桩单元 3.5.1 梁单元 3.5.2 衬砌单元 3.5.3 锚索单元 3.5.4 桩单元 3.6 二维单元 3.6.1 二维岩石锚杆单元 3.6.2 二维条形锚单元 3.6.3 二维支撑单元 3.7 三维单元 3.7.1 三维壳体结构单元 3.7.2 三维土工格栅单元 3.8 本章小结第4章 FISH语言及建模技术 4.1 函数变量名定义规则 4.1.1 命令行 4.1.2 函数和变量名 4.2 函数变量操作 4.2.1 作用范围 4.2.2 数组 4.2.3 函数操作 4.2.4 函数删除与重定义 4.3 数据类型 4.3.1 基本类型 4.3.2 四则运算与类型转换 4.3.3 字符串 4.4 控制语句 4.4.1 选择 4.4.2 条件 4.4.3 循环 4.4.4 其他控制语句 4.5 网格生成 4.5.1 网格生成器建模 4.5.2 基于FISH编程的网格生成 4.6 边界条件 4.6.1 应力边界 4.6.2 位移边界 4.7 初始条件与加载顺序 4.7.1 初始条件 4.7.2 加载顺序 4.8 本章小结第5章 隧道及地下工程设计与施工方法 5.1 隧道及地下工程发展概况 5.1.1 发展阶段 5.1.2 隧道及地下工程的用途 5.1.3 可持续发展的隧道及地下工程 5.1.4 隧道及地下工程发展概况 5.2 隧道及地下工程设计方法 5.2.1 隧道及地下工程设计分析力学模型 5.2.2 工程类比法 5.2.3 载荷—结构法 5.2.4 电层—结构法 5.3 隧道及地下工程施工方法概述 5.3.1 新奥法 5.3.2 浅埋暗挖法 5.3.3 明挖法及其变种方法 5.3.4 盾构法 5.3.5 沉管法 5.3.6 辅助工法 5.4 本章小结第6章 双线铁路隧道施工过程分析 6.1 双线铁路隧道设计 6.1.1 横断面设计 6.1.2 防水设计 6.1.3 施工方案设计 6.2 Ⅴ级围岩施工过程模拟 6.2.1 模型建立 6.2.2 自重应力场模拟计算 6.2.3 隧道左上部分开挖模拟计算 6.2.4 隧道左下部分开挖模拟计算 6.2.5 隧道右上部分开挖模拟计算 6.2.6 隧道右下部分开挖模拟计算 6.2.7 二衬施作模拟计算 6.3 Ⅳ级围岩施工过程模拟 6.3.1 FLAC3D程序 6.3.2 计算结果 6.4 Ⅲ级围岩施工过程模拟 6.4.1 FLAC3D程序 6.4.2 计算结果 6.5 本章小结第7章 分离式公路隧道施工过程分析 7.1 分离式公路隧道设计 7.2 Ⅳ级围岩模型建立 7.2.1 建模考虑 7.2.2 右隧道网格生成 7.2.3 右隧道边界网格生成 7.2.4 完整模型网格生成 7.3 自重应力场模拟计算 7.3.1 FLAC3D程序 7.3.2 计算结果 7.4 左隧道施工模拟计算 7.4.1 上台阶施工 7.4.2 下台阶施工 7.4.3 施作左隧道二次衬砌 7.5 右隧道施工模拟计算 7.5.1 台阶施工 7.5.2 下台阶施工 7.5.3 施作右隧道二次衬砌 7.6 本章小结第8章 地铁盾构隧道施工过程分析 8.1 地铁盾构隧道设计 8.1.1 地铁盾构隧道的特点 8.1.2 盾构隧道施工过程模拟方法 8.1.3 盾构隧道设计 8.2 三维模型建立 8.3 施工过程模拟计算 8.3.1 自重应力场模拟计算 8.3.2 左隧道施工模拟计算 8.3.3 右隧道施工模拟计算 8.4 计算结果 8.4.1 自重应力场 8.4.2 左隧道施工 8.4.3 右隧道施工 8.5 本章小结参考文献
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读后感

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用户评价

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这本封面设计上就透着一股严谨和专业气息的书,光是看到“隧道及地下工程”这几个字,我就知道它肯定不是那种泛泛而谈的科普读物。首先,从装帧和排版来看,它给人的感觉就非常扎实,纸张质量上乘,印刷清晰,这对于阅读技术性强的书籍来说太重要了,毕竟我们是要盯着那些复杂的公式和图表看的,任何模糊不清的地方都可能导致理解上的偏差。我特别留意了一下目录结构,看起来逻辑性非常强,从基础理论的梳理,到实际模型的建立,再到特定工况的模拟分析,层层递进,显示出作者对整个学科体系有着深刻的把握。虽然我还没来得及深究它在数值模拟方面的具体实现细节,但仅从其章节的编排和标题的拟定上,就能感受到这绝对是一本面向工程实践者和高年级学生的深度教材或参考手册,而不是那种只停留在概念介绍的入门书籍。对于我这种需要经常处理复杂地质环境下的工程问题的人来说,这种详尽的结构简直是福音,意味着我可以很快地定位到我需要的特定分析模块,大大提高了查阅效率。

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说实话,我拿到这本书时,心里是抱着一种既期待又有点忐忑的心情的。期待的是能找到一些关于复杂岩土体本构模型在实际工程尺度下应用的高级技巧,特别是那些教科书上不常提及的“边角料”知识——那些真正决定工程成败的关键细节。忐忑则是因为这类专业书籍往往知识点过于密集,如果作者的叙述方式不够灵活,很容易让人在阅读过程中产生认知疲劳。从我翻阅的几个章节来看,作者显然在这方面下了很大功夫。他的语言风格是那种非常克制、但又充满力量感的学术叙事,不卖弄花哨的辞藻,而是用精准的工程术语来构建知识体系。我注意到书中对各种边界条件和初始条件的讨论异常细致,这在数值模拟中往往是决定结果准确性的隐形杀手。如果能像描述的那样,把理论模型如何“落地”到软件参数设置的每一个环节都讲透彻,那这本书的价值就远超一般教材了,它更像是一份详尽的“实战手册”,指导我们如何避免那些常见的、但又难以察觉的建模陷阱。

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整体来看,这本书散发着一种老派工匠精神的严谨气息,它可能不追求哗众取宠的最新热点,而是专注于将基础理论与成熟的数值方法进行深度融合,力求构建一个稳固可靠的分析体系。我感觉这本书的作者群可能是一群长期在工程一线与数值计算打交道、对软件的优缺点了如指掌的资深专家。他们深知哪些地方是理论的“盲区”,哪些又是软件的“陷阱”。对于任何一名致力于在隧道和地下工程领域深耕的工程师而言,手边常备一本能提供扎实理论支撑和可靠实践指导的书籍是至关重要的。这本书的厚重感和内容的密度,让我确信它能成为我未来工作中一个可靠的“工具箱”和“智囊团”,帮助我在面对复杂的地下工程挑战时,能够更加从容和自信地做出科学决策,而不是仅凭直觉或经验去冒险。

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这本书的视觉呈现给我留下了深刻的印象,它不仅仅是文字的堆砌。在涉及数值模拟的章节中,穿插的插图和图表设计得非常专业,它们不是那种粗糙的屏幕截图,而是经过精心处理、标注清晰的分析结果可视化。我特别欣赏作者在展示不同参数组合下模型响应变化时的对比图,那种对比直观有力,能够迅速帮助读者建立起对模型敏感性的直观认识。例如,关于支护结构与围岩相互作用的分析部分,如果书中能清晰地展示出不同支护刚度对隧道收敛变形的量化影响曲线,那么对于我们优化设计方案将是极大的帮助。好的技术书籍,图表应该起到“放大镜”的作用,帮助读者聚焦那些抽象的数学关系,而从我初步浏览的结果来看,这本书在这方面做得非常到位,它将复杂的计算过程转化为易于理解的工程现象展示,这才是高水平专业著作的标志。

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这本书的深度和广度,从其篇幅和引用的参考文献(虽然我没有细看,但厚度可见一斑)就能推断出来,它试图构建一个非常全面的分析框架。我个人更关注的是,它在处理非常规地质条件,比如高地应力、软弱围岩或者富水砂层等极端环境下的模拟策略上,能提供多少独到的见解。工程实践中最怕的就是“一刀切”的分析方法,面对千变万化的现场条件,如果书里能提供一套灵活的、可根据现场反馈调整的分析流程,那就太棒了。我希望它不仅仅是教会我们如何运行软件,更重要的是教会我们如何“思考”这个问题——如何基于工程经验来选择最合适的模型、如何判断模拟结果是否合理,甚至是如何解释那些与现场不符的偏差。这种思维层面的引导,远比单纯的软件操作指南更有价值,它关乎一个工程师的专业判断力。

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