Flow and Contaminant Transport in Fractured Rock pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Jacob Bear

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:1993-5-4

价格:USD 72.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780120839803

丛书系列:

图书标签:

• 岩石力学
• Fractured Rock
• Flow
• Contaminant Transport
• Hydrogeology
• Groundwater
• Fracture Mechanics
• Modeling
• Environmental Science
• Geophysics
• Water Resources

好的，这里为您提供一本关于岩石物理性质与地下水流动的书籍简介，旨在避免提及“Flow and Contaminant Transport in Fractured Rock”中的特定主题，并力求内容详实、自然流畅： --- 《地下深部岩体结构、渗透性与热力学行为研究》 书籍简介 本书旨在深入探讨地下深部岩体在不同应力条件、温度梯度和孔隙流体作用下的宏观及微观力学响应、结构演化及其对热流体传输性能的控制机制。本书综合了地球物理学、岩石力学、流体力学以及热力学等多学科前沿理论与实验方法，构建了一个多尺度、多场耦合的地下岩体物理性质研究框架。 第一部分：深部岩体的应力状态与结构特性 本书首先系统地梳理了地壳深部岩体的原生地应力场模型。我们详细分析了构造应力、上覆岩层荷载、温压效应以及区域构造运动对岩体应力状态的综合影响。通过对全球典型深部地质环境的案例研究，探讨了三向应力状态下岩石的本构关系，包括粘塑性变形、蠕变行为以及岩石损伤的起始与扩展机制。 在结构特性方面，本书重点关注了岩石的微观孔隙结构、晶体界面行为以及宏观裂隙网络的形成与演化。我们采用高分辨率CT扫描、声发射监测技术和微观结构表征手段，量化了不同岩性（如花岗岩、玄武岩、变质岩）在经历热循环和加卸载过程后，其孔隙喉道尺寸分布、比表面积的变化规律。特别地，我们引入了基于拓扑学和图论的复杂网络模型，来描述和量化岩体内裂隙网络的连通性和几何复杂度，为后续的传输性模拟奠定基础。 第二部分：岩体渗透性的尺度效应与影响机制 渗透性是描述岩石传输能力的核心参数。本书摒弃了单一的达西定律在描述复杂岩体流动时的局限性，转而关注渗透性在不同尺度上的异质性与尺度效应。 2.1 微观尺度下的传输机制： 我们详细讨论了在极小孔隙和微裂隙中流体行为的物理化学基础，包括表面张力、毛细管作用、流体与岩石表面的界面相互作用（如电化学双层效应）。通过分子动力学模拟，我们揭示了在纳米尺度下，水分子在矿物表面吸附和扩散的动力学过程，及其对渗透率的潜在调制作用。 2.2 宏观尺度下的等效渗透性： 本书构建了考虑多尺度裂隙系统影响的等效渗透率计算方法。我们针对典型的节理岩体、层状岩体和破碎带，提出了基于重构模型的有效介质理论（EMT）修正方案。通过在实验室进行的单孔隙、双孔隙（基质-裂隙耦合）系统的压力瞬态测试，验证了这些模型在模拟宏观尺度上非均匀渗透介质中的传导能力。 第三部分：地下热传输与热液活动研究 地下深部的热力学环境对岩体的力学稳定性和流体传输过程具有决定性影响。本书深入分析了岩石的热物理性质，包括热导率、比热容、热膨胀系数及其随温度和压力的变化规律。 我们重点研究了热对流与热传导的耦合作用。在存在流体流动的情况下，热量传输不再是单纯的傅里叶定律控制，而是受到对流项的显著影响。本书建立了一套考虑岩石骨架、孔隙流体以及两者热接触界面的三相热传递模型。 热液活动与岩体响应： 针对高地温梯度环境，本书详细分析了热液循环可能引发的岩石化学溶解、沉淀过程，以及由此导致的孔隙结构和渗透率的动态变化。我们结合热应力分析，评估了温度变化引起的应力重分布对岩体稳定性的影响，特别是在涉及热交换或地热资源开发的环境中，这种动态耦合效应至关重要。 第四部分：多场耦合的数值模拟与应用 为了应对地下深部岩体复杂系统的非线性特征，本书最后着重介绍了基于有限元法（FEM）和离散元法（DEM）的数值模拟技术。 我们提出了一个统一的应力-变形-渗透率-热量四场耦合求解框架。该框架能够精确捕捉在外部荷载、温度梯度和流体压力波动下，岩体结构和传输性能的相互反馈机制。通过详细的算法介绍和验证算例，读者可以掌握如何利用这些先进的数值工具来模拟深层地下工程，如：深层隧道衬砌的长期稳定性、地下核废料处置库的缓冲层性能评估，以及地热储层系统的长期热效能分析。 本书特色： 本书不仅提供了扎实的理论基础，更强调实验数据与数值模型的紧密结合，旨在为地质工程、岩土工程、能源工程等领域的科研人员和工程师提供一个全面、深入且实用的参考指南。 ---

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我尝试着阅读了几章关于溶质迁移动力学的章节，立刻感受到作者在理论深度上的扎实功底。他们并未止步于经典的对流-弥散方程的罗列，而是深入探讨了在极端低速流动条件下，例如在深部地质处置库环境中的粘滞性和表面吸附效应如何主导污染物行为。那些数学推导过程，虽然严谨到需要反复咀嚼，但每一步的逻辑衔接都无可挑剔，没有那种为了炫耀复杂性而堆砌公式的痕迹，而是真正服务于解决实际工程难题。尤其是在处理多孔介质与高裂隙度介质的耦合问题时，作者提出了一种基于分形几何的修正模型，这个思路非常新颖且具有前瞻性，它巧妙地将宏观渗透率张量与微观裂缝网络拓扑结构联系起来，为预测长距离、长时间尺度下的物质传输提供了更精细的工具。对于需要进行放射性废物地质处置安全评估的研究人员来说，这部分的深度绝对是教科书级别的财富。

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这本书的实证案例分析部分，简直是打开了通往真实世界地下水污染治理现场的一扇窗。作者选择的案例横跨了不同的地质构造和污染物类型——从火山岩区的温泉水文系统到沉积岩断层带的地下水污染羽扩散研究。他们不仅仅是展示了计算结果，更注重于“为什么”——即模型的输入参数是如何通过现场测试（如应力敏感性测试、原位示踪实验）确定的。这种理论与实践紧密结合的方式，极大地增强了本书的说服力。我特别喜欢其中关于“尺度效应”的讨论，作者用数据清晰地说明了在实验室尺度上得到的渗透率参数，如何在区域尺度上失效，并提出了如何通过多尺度表征方法来弥合这种鸿沟的具体操作步骤。这对于那些试图将研究成果转化为实际工程规范的工程师来说，是无价的指导手册，它避免了许多理论模型在实际应用中“水土不服”的尴尬局面。

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阅读过程中，我注意到作者在处理不确定性量化方面所展现出的审慎态度，这在许多强调确定性模型的专著中是很少见的。他们花了相当大的篇幅讨论了如何将蒙特卡洛模拟、贝叶斯方法整合到裂隙流和化学迁移的预测流程中。与以往的教科书不同，这本书并没有将随机性视为模型失败的借口，而是将其视为地下系统内在属性的一部分。例如，在描述化学反应速率时，作者不仅考虑了温度和pH值的影响，还将断裂面粗糙度和水力梯度作为影响反应活化能的变量纳入考量，构建了一个高度耦合的随机场模型。这种对内在随机性和系统耦合性的深刻洞察，使得这本书不仅仅是一本关于“如何计算”的指南，更是一本关于“如何理性思考”地下过程复杂性的哲学宣言。对于任何严肃的地球科学或环境工程研究者而言，这种对不确定性的坦诚面对，是其专业成熟度的重要标志。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那深邃的岩石纹理与流动的抽象线条，完美地捕捉了地下水文过程那种既稳定又变幻莫测的本质。拿到手里，沉甸甸的手感透露出内容的分量，纸张的质感也相当不错，阅读体验一流。我特别欣赏作者在排版上的用心，图表的清晰度和信息的密度达到了一个极高的平衡点。那些复杂的地下水流场模拟图，原本在其他教材中常常晦涩难懂，但在这里，通过精心设计的色彩梯度和标记系统，即便是初次接触该领域的读者也能迅速抓住核心概念。特别是那些关于断裂带几何形态对渗透性影响的剖面图，细节丰富到令人赞叹，它们不仅仅是数据可视化，更像是一件艺术品，将地质构造的复杂性以一种直观且优美的形式呈现出来。这本书的结构安排也极具匠心，从宏观的区域水文背景到微观的孔隙尺度效应，过渡得极其自然流畅，仿佛领着读者进行了一场深入地壳内部的探险之旅，每翻过一页，都像是揭开了一层新的岩石面纱，充满了知识的惊喜感。

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整体来看，这本书的学术价值和参考潜力是毋庸置疑的，但其真正的亮点在于其跨学科的整合能力。它巧妙地将岩土力学中的应力-渗透性耦合理论，与水文地质学中的对流-弥散机理，甚至还触及了地球化学中的表面络合反应动力学，并将其置于一个统一的数学框架之下进行阐述。我发现，这本书的章节组织方式极大地促进了不同学科背景的读者之间的交流——一个地质学家可以从中理解到流场模型的精妙，一个化学家也能领略到岩石结构如何控制反应的宏观速率。它似乎是为那些站在学科交叉点上，需要同时精通地下水文、岩石物理和迁移化学的“全才型”学者量身定制的。这本书的阅读过程，与其说是在学习一个单一主题，不如说是在进行一次高强度的思维体操，它强迫你的大脑去建立前所未有的知识连接，最终构建出一个对地下环境更全面、更具整体性的认识框架。

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