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第1章 绪论1

1.1 研究对象及研究意义1

1.2 研究现状及发展趋势4

1.2.1 堆石体结构与细观组构模型研究4

1.2.2 堆石体细观力学特性及细观变形机理研究5

1.2.3 堆石体细观变形演化过程的数值模拟方法研究6

1.2.4 堆石体流变变形机理研究7

1.2.5 堆石体尺寸效应研究8

1.3 研究内容、技术路线与研究方法9

1.3.1 研究内容与技术路线9

1.3.2 研究方法11

参考文献13

第2章 堆石体材料结构特性的精细化描述与组构分析方法19

2.1 堆石体材料结构特性的精细化描述19

2.2 堆石体材料颗粒集合体的组构分析方法22

2.3 加载引起的细观组构演化规律25

2.3.1 配位数25

2.3.2 组构各向异性32

2.3.3 颗粒空间排列37

2.4 小结40

参考文献40

第3章 堆石体材料的随机颗粒不连续变形分析方法42

3.1 三维随机多面体颗粒生成算法42

3.2 三维颗粒的接触检索44

3.2.1 遍历式接触检索算法44

3.2.2 基于二叉树的颗粒接触检索算法45

3.2.3 基于映射网格的颗粒接触检索算法46

3.2.4 基于排序的颗粒接触检索算法47

3.2.5 Munjiza-NBS接触检索算法49

3.2.6 公共面接触检索方法52

3.3 连续-离散耦合分析方法54

3.3.1 接触模型与接触力分析54

3.3.2 可变形颗粒的本构模型与节点力54

3.3.3 节点动力平衡方程55

3.4 颗粒破碎的模拟56

3.4.1 基于内聚力模型的颗粒破碎模拟方法56

3.4.2 基于通用岩石劣化模型的颗粒破碎模拟方法59

3.5 小结61

参考文献61

第4章 考虑时间效应的堆石体流变变形的细观数值模拟方法65

4.1 堆石体流变机理与劣化效应65

4.2 基于黏结损伤模型的堆石体流变在离散元中的实现67

4.2.1 损伤度在离散元中的模拟方法67

4.2.2 流变时间的模拟方法71

4.2.3 堆石体双轴流变数值试验73

4.3 基于颗粒劣化效应的堆石体流变在SGDD中的实现79

4.3.1 强度劣化模型79

4.3.2 流变在SGDD方法中的实现81

4.3.3 堆石体三轴流变数值试验82

4.4 双江口300m级心墙堆石坝工程实例应用86

4.4.1 工程概况及研究内容86

4.4.2 堆石体流变变形机理的组构研究成果88

4.4.3 计算条件和三维有限元模型88

4.4.4 考虑流变效应的双江口应力变形分析（E-B模型）90

4.5 小结97

参考文献97

第5章 考虑流固耦合效应的堆石体应力变形细观数值模拟方法99

5.1 水力劈裂99

5.2 颗粒离散元流固耦合的计算方法102

5.2.1 基本原理102

5.2.2 流体计算103

5.2.3 压力计算103

5.2.4 流固耦合方式103

5.2.5 求解方法104

5.3 心墙水力劈裂的细观模拟105

5.3.1 心墙水力劈裂的颗粒流计算模型105

5.3.2 流体计算参数的敏感性分析106

5.3.3 水力劈裂机理的细观分析109

5.4 小结112

参考文献112

第6章 基于细观数值试验的高堆石坝宏细观变形机制研究115

6.1 细观数值试验的参数敏感性分析115

6.1.1 颗粒间摩擦系数116

6.1.2 颗粒强度121

6.1.3 接触模型参数124

6.2 堆石体复杂应力路径下的力学特性125

6.2.1 常规三轴试验126

6.2.2 等应力比加载路径133

6.2.3 真三轴试验146

6.3 堆石体与结构物接触特性的数值试验158

6.3.1 数值试验条件及实现过程160

6.3.2 接触面宏观力学特性分析162

6.3.3 接触面细观力学响应分析168

6.4 考虑颗粒破碎的数值试验176

6.4.1 数值试验条件及实现过程176

6.4.2 基于CZM模型考虑颗粒破碎的堆石体三轴数值试验178

6.5 堆石体的颗粒流模型及细观数值试验190

6.5.1 随机多面体颗粒的生成方法研究190

6.5.2 基于不规则颗粒形状的堆石体三轴数值试验研究194

6.5.3 考虑颗粒破碎的堆石体三轴数值试验204

6.6 小结217

参考文献220

第7章 高堆石坝瞬变-流变联合反演平台226

7.1 堆石体本构模型参数的智能反演方法226

7.2 基于粒子迁徙的粒群算法227

7.3 参数敏感性分析231

7.4 确定待反演参数及目标函数232

7.5 高堆石坝瞬变-流变参数三维全过程联合反演优化算法233

7.6 水布垭面板堆石坝变形参数的综合反演及变形预测235

7.7 小结240

参考文献240

第8章 堆石料缩尺效应研究242

8.1 堆石料缩尺效应的细观机理242

8.1.1 影响因素242

8.1.2 颗粒强度的尺寸效应245

8.2 堆石料数值剪切试验研究281

8.2.1 细观参数率定281

8.2.2 宏观力学特性分析282

8.2.3 强度变形参数提取285

8.3 基于堆石料数值试验的面板坝应力变形分析290

8.3.1 计算参数290

8.3.2 计算模型291

8.3.3 计算结果及分析291

8.4 小结293

参考文献294