由于大型水利水电、能源开采、深部岩石、核废料处置、CO2地质封存等工程发展的需求，复杂赋存环境下岩土体的多相多场耦合和渗流变形分析已成为岩土力学领域的热点问题。本书关于岩土体水力耦合分析面临的非连续表征、多相多场耦合模拟及复杂非均质特性模拟三个主要难点问题。首先，本书引入数值流形方法(NMM)，基于NMM特有的多重覆盖和切割技术表征岩土体非连续面，给出处理大量土石体裂纹的技术基础。其次，基于NMM空间解构造技术，给出非闭锁多场NMM函数空间构造方法。最后，引入多尺度概念，建立多尺度NMM，给出从宏观统计角度分析土石体渗流变形和水力特性的新方法。

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中国岩石力学与工程学会会员，Engineering Analysis with Boundary Elements审稿人

目录
前言
第1章绪论1
1.1水力耦合分析数值方法3
1.2水力耦合数值分析研究进展8
1.2.1连续饱和水力耦合8
1.2.2非连续饱和水力耦合11
1.2.3非饱和岩土体水力耦合13
1.3本书的主要内容14
第2章弹性不可压缩问题16
2.1弹性不可压缩基本方程16
2.2NMM基本概念19
2.2.1覆盖系统19
2.2.2NMM函数空间21
2.3弹性不可压缩问题的NMM求解格式24
2.4数值算例26
2.4.1自由端受剪切力作用的悬臂梁27
2.4.2带圆孔的无限大板30
2.4.3Cook梁33
2.4.4顶壁驱动腔体问题34
2.5上下限数值测试36
2.6本章小结39
第3章饱和连续岩土体水力耦合问题40
3.1动力固结基本控制方程40
3.2u-w-p格式水力耦合分析空间域NMM离散43
3.3时间离散时间域Newmark离散45
3.3.1离散格式46
3.3.2NMM框架下的质量矩阵集中化48
3.3.3能量平衡条件49
3.4数值算例50
iv水力耦合模拟——数值流形法与多尺度分析
3.4.1受均布压力作用的半无限大饱和土50
3.4.2受偏斜载荷作用的饱和土基础56
3.5收敛性测试59
3.6水力耦合模拟中的闭锁问题61
3.6.1渗透性极小的方形悬臂梁61
3.6.2顶部受压的饱和黏土边坡66
3.7本章小结68
第4章饱和非连续岩土体水力耦合问题69
4.1饱和非连续水力耦合变分形式69
4.2饱和非连续岩体水力耦合分析u-w-p格式NMM离散72
4.2.1骨架位移、流体流速和孔隙压力场的NMM插值函数72
4.2.2位移扩展格式的ND5W5P1模型74
4.3摩擦接触模型的数值实现75
4.4变分方程的完全离散格式77
4.5数值算例78
4.5.1非连续饱和岩土体动力固结分析79
4.5.2摩擦接触模型的有效性82
4.5.3水力载荷作用下饱和岩土体水力耦合分析83
4.5.4水力载荷作用下多裂纹饱和岩土的水力耦合模拟85
4.6饱和岩土体中的波传递问题86
4.6.1连续饱和岩土体87
4.6.2非连续饱和岩土体90
4.7本章小结92
第5章饱和岩土体水力耦合分析高阶NMM方案93
5.1单元T3-MINI-CNS94
5.1.1单元T3-CNS95
5.1.2单元T3-MINI-CNS及u-w-p三相场插值格式98
5.2单元T3-MINI-CNS求解弹性不可压缩问题100
5.3单元T3-MINI-CNS上下限数值测试102
5.3.1上下限测试103
5.3.2低渗透性方形孔隙介质104
5.3.3顶部受压的黏土边坡107
5.4连续饱和岩土材料动力固结109
5.4.1受均匀分布压力作用的半无限大饱和土109
5.4.3受偏斜压力作用的饱和土基础117
5.5非连续饱和岩土体水力耦合分析123
5.5.1非连续饱和岩土体动力固结123
5.5.2摩擦接触模型的验证127
5.5.3偏斜压力作用下的非连续饱和土基础128
5.5.4受水力载荷作用岩土体水力耦合分析130
5.5.5非连续饱和岩土体中的波传递133
5.6本章小结135
第6章三维饱和岩土体非线性水力耦合问题137
6.1三变量u-w-p格式Biot模型137
6.2结点处梯度连续的三维NMM函数空间141
6.2.1H8-CNS-NMM的权函数141
6.2.2H8-CNS-NMM的局部近似142
6.2.3H8-CNS-NMM的整体近似144
6.2.4位移、流速和孔隙压力场插值144
6.3空间和时间离散145
6.4数值算例147
6.4.1验证算例：土柱固结148
6.4.2偏斜载荷下孔隙介质的固结157
6.4.3H8-CNS-NMM水力耦合分析的稳定性161
6.4.4循环加载下的土柱固结163
6.4.5偏斜载荷下条形基础的固结165
6.4.6偏斜载荷下方形基础的固结170
6.5本章小结174
第7章非饱和岩土体水力耦合问题175
7.1基本控制方程及变分格式175
7.1.1控制方程175
7.1.2变分格式179
7.2基本场变量的NMM离散180
7.3时间离散182
7.4数值算例185
7.4.1砂柱排水185
7.4.2含竖直材料面的饱和土石混合体188
7.4.3含倾斜材料面的饱和土石混合体191
7.4.4偏斜受压的饱和土石混合体基础196
vi水力耦合模拟——数值流形法与多尺度分析
7.4.5非饱和土石混合体排水202
7.4.6降雨作用下的土石混合体边坡205
7.5本章小结214
第8章水力耦合多尺度分析基本理论215
8.1饱和孔隙介质水力耦合方程216
8.2微观初边值问题218
8.2.1微观尺度主变量的多尺度分解218
8.2.2平均梯度219
8.2.3微观尺度边界条件施加方法220
8.2.4变分一致性223
8.3宏观初边值问题225
8.4宏观尺度切向算子226
8.5接触模型227
8.6本章小结229
第9章连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析230
9.1多尺度初边值问题的离散230
9.1.1微观尺度初边值问题离散格式230
9.1.2宏观尺度初边值问题离散格式232
9.2宏观尺度切向算子的计算233
9.2.1线性边界条件234
9.2.2周期边界条件235
9.3数值算例238
9.3.1非均质土石材料的固结238
9.3.2偏斜载荷作用下非均匀孔隙介质的固结249
9.3.3冲击载荷下非均质孔隙介质的动态响应258
9.4本章小结264
第10章连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析整体求解算法265
10.1水力耦合多尺度分析交错求解算法266
10.2水力耦合多尺度分析整体求解算法269
10.3交错求解算法和整体求解算法的比较273
10.4数值算例273
10.4.1饱和非均质土石柱体的固结274
10.4.2饱和非均质土石基础的固结287
10.5本章小结296
第11章非均质孔隙介质有效水力特性的多尺度评估298
11.1水力耦合多尺度分析宏观和细观尺度问题299
11.2等效水力特性评估300
11.3数值算例301
11.3.1等效渗透系数303
11.3.2等效变形模量311
11.3.3等效Biot系数316
11.4本章小结319
第12章非连续饱和非均质岩土体水力耦合多尺度分析321
12.1细观尺度初边值问题321
12.2宏观尺度初边值问题322
12.3宏观尺度接触模型323
12.4数值算例325
12.4.1验证算例326
12.4.2液相点载荷作用下的非连续非均质孔隙介质336
12.4.3含多裂纹的非均质孔隙介质337
12.4.4冲击载荷作用下的非连续非均质孔隙介质340
12.5本章小结343
参考文献344
附录A361
附录B363