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理论篇3

第0章 软岩工程大变形破坏现象3

0.1沉积软岩构造大变形现象3

0.2软岩地下工程大变形现象3

0.3软岩地面工程大变形现象6

0.4软岩实验中大变形现象8

0.5软岩工程大变形的力学分类10

参考文献11

第1章 软岩大变形问题基本理论12

1.1固定坐标系与拖带坐标系12

1.2经典小变形理论的局限性14

1.3 Finger极分解有限变形理论16

1.3.1Finger极分解定理与Green应变张量16

1.3.2应力的定义和平衡方程17

1.3.3应变率、客观应力率和增量型本构关系18

1.4陈氏和分解有限变形理论18

1.4.1和分解定理与应变的定义19

1.4.2拖带坐标系中的应力定义和平衡方程20

1.4.3更新拖带系的速度场分解、客观应力率和率型本构关系21

参考文献22

第2章 软岩大变形增量分析有限元方程23

2.1极分解增量分析有限元方程23

2.1.1与现时构形平衡方程等效的变分原理23

2.1.2更新拉格朗日格式的极分解有限元方程24

2.2和分解增量分析有限元方程25

2.2.1基于拖带系的变分原理25

2.2.2更新拖带坐标法的和分解有限元方程27

参考文献29

第3章 深部软岩工程的有限元法30

3.1弹塑性大变形问题的应力预测——校正方法30

3.1.1屈服函数30

3.1.2弹塑性增量本构关系31

3.1.3应力预测与校正32

3.2开挖与建造过程的模拟方法34

3.2.1空单元法模拟开挖34

3.2.2反向施加等效节点荷载方法模拟开挖35

3.3开挖边界大变形接触问题的模拟方法36

3.4节理单元的模拟方法37

3.5小变形支护单元的模拟方法39

3.5.1普通锚杆、锚索结构39

3.5.2刚架（梁）结构41

3.6恒阻大变形锚杆（索）43

3.6.1恒阻大变形锚杆（索）结构43

3.6.2恒阻大变形锚杆的本构描述45

3.6.3恒阻大变形锚杆（索）能量本构关系49

3.6.4恒阻大变形锚杆巷道围岩稳定性能量平衡方程50

参考文献51

第4章 软岩工程非线性大变形力学设计方法52

4.1软岩工程支护原则52

4.1.1“对症下药”原则52

4.1.2过程原则53

4.1.3塑性圈原则53

4.1.4优化原则53

4.2软岩巷道非线性大变形力学设计方法54

4.2.1设计的内容和特点54

4.2.2设计的基本步序56

参考文献58

第5章 三维和分解弹性全量法基本理论59

5.1几何关系（位形变换的和分解定理）59

5.2应力和运动方程60

5.3应力与应变的弹性全量本构关系60

5.4能量变分原理61

参考文献61

第6章 三维和分解弹性全量法有限元方程62

6.1基于牛顿迭代法的虚功方程弱解形式62

6.2求解位移的弱解方程65

6.3求解应力的弱解方程67

实例篇71

第7章 有限转动与伸长的算例分析71

7.1弹性计算理论解71

7.1.1全量和分解平面应力71

7.1.2全量和分解平面应变74

7.1.3全量左、右极分解平面应力75

7.1.4全量左、右极分解平面应变76

7.1.5弹性增量和分解平面应力77

7.1.6弹性增量和分解平面应变79

7.1.7弹性增量极分解平面应力81

7.1.8弹性增量极分解平面应变85

7.2数值解——弹性全量法平面应力87

7.2.1弹性全量和分解平面应力88

7.2.2弹性全量左极分解平面应力89

7.2.3弹性全量右极分解平面应力91

7.3数值解——弹性全量法平面应变92

7.3.1弹性全量和分解平面应变92

7.3.2弹性全量左极分解平面应变93

7.3.3弹性全量右极分解平面应变95

7.4数值解——弹性增量法平面应力96

7.4.1弹性增量和分解平面应力96

7.4.2弹性增量极分解平面应力97

7.5数值解——弹性增量法平面应变98

7.5.1弹性增量和分解平面应变99

7.5.2弹性增量极分解平面应变100

7.6弹塑性问题增量分析理论解101

7.6.1计算参数取值101

7.6.2弹塑性计算结果总表101

7.7数值解——弹塑性增量法平面应力（理想弹塑性模型）106

7.7.1弹塑性增量和分解平面应力106

7.7.2弹塑性增量极分解平面应力108

7.7.3弹塑性增量小变形平面应力109

7.8数值解——弹塑性增量法平面应变（理想弹塑性模型）110

7.8.1弹塑性增量和分解平面应变110

7.8.2弹塑性增量极分解平面应变111

7.8.3弹塑性增量小变形平面应变113

7.9数值解——弹塑性增量法平面应力（线性硬化模型）114

7.9.1弹塑性增量和分解平面应力114

7.9.2弹塑性增量极分解平面应力116

7.9.3弹塑性增量小变形平面应力117

7.10数值解——弹塑性增量法平面应变（线性硬化模型）118

7.10.1弹塑性增量和分解平面应变118

7.10.2弹塑性增量极分解平面应变120

7.10.3弹塑性增量小变形平面应变121

参考文献122

第8章 简单剪切的算例分析123

8.1弹性计算理论解123

8.1.1全量和分解平面应力123

8.1.2全量和分解平面应变125

8.1.3全量左、右极分解平面应力126

8.1.4全量左、右极分解平面应变128

8.1.5弹性增量和分解平面应力129

8.1.6弹性增量和分解平面应变132

8.1.7弹性增量极分解平面应力135

8.1.8弹性增量极分解平面应变138

8.1.9弹性计算结果总表141

8.2数值解——弹性全量法平面应力143

8.2.1弹性全量和分解平面应力144

8.2.2弹性全量左极平面应力145

8.2.3弹性全量右极平面应力146

8.3数值解——弹性全量法平面应变147

8.3.1弹性全量和分解平面应变147

8.3.2弹性全量左极平面应变148

8.3.3弹性全量右极平面应变149

8.4数值解——弹性增量法平面应力150

8.4.1弹性增量和分解平面应力151

8.4.2弹性增量极分解平面应力152

8.5数值解——弹性增量法平面应变153

8.5.1弹性增量和分解平面应变153

8.5.2弹性增量极分解平面应变154

8.6弹塑性问题增量分析理论解155

8.6.1弹塑性问题增量分析理论解求解步骤155

8.6.2弹塑性计算结果总表155

8.7数值解——弹塑性增量法平面应力（理想弹塑性模型）159

8.7.1弹塑性增量小变形平面应力160

8.7.2弹塑性增量和分解平面应力161

8.7.3弹塑性增量极分解平面应力162

8.8数值解——弹塑性增量法平面应变（理想弹塑性模型）163

8.8.1弹塑性增量小变形平面应变163

8.8.2弹塑性增量和分解平面应变164

8.8.3弹塑性增量极分解平面应变165

8.9数值解——弹塑性增量法平面应力（线性硬化模型）166

8.9.1弹塑性增量小变形平面应力167

8.9.2弹塑性增量和分解平面应力168

8.9.3弹塑性增量极分解平面应力169

8.10数值解——弹塑性增量法平面应变（线性硬化模型）170

8.10.1弹塑性增量小变形平面应变170

8.10.2弹塑性增量和分解平面应变171

8.10.3弹塑性增量极分解平面应变172

参考文献173

第9章 小孔问题的算例分析174

9.1小孔弹塑性问题理论解174

9.1.1均匀弹塑性材料中小孔问题基本方程及理论解174

9.1.2数值算例模型及其理论解175

9.2预制小孔LDEAS算例——弹塑性小变形（平面应变）176

9.2.1 LDEAS计算步骤176

9.2.2 LDEAS计算结果176

9.3小孔开挖LDEAS算例——弹塑性小变形（平面应变）178

9.3.1 LDEAS计算步骤178

9.3.2 LDEAS计算结果178

第10章 厚壁圆筒的算例分析180

10.1问题的描述及理论解180

10.2计算模型181

10.3计算结果182

10.3.1加载490MPa183

10.3.2加载560MPa183

10.3.3加载630MPa183

10.3.4加载700MPa184

10.4数值计算结果与理论解对比184

第11章 Goodman单元的算例分析186

11.1计算模型186

11.2理论解188

11.2.1平面应力问题188

11.2.2平面应变问题190

11.2.3 Goodman单元数值算例理论解计算结果总表193

11.3数值解——弹性全量法和分解平面应变193

11.3.1拉193

11.3.2压194

11.3.3剪195

11.3.4两侧加载模拟剪应力196

11.3.5压剪组合197

参考文献199

第12章 支护结构单元的算例分析200

12.1小变形弹脆性锚杆的算例分析200

12.1.1模型200

12.1.2前处理200

12.1.3计算结果201

12.2小变形锚索的算例分析202

12.2.1模型202

12.2.2前处理202

12.2.3计算结果203

12.3小变形梁的算例分析203

12.3.1模型203

12.3.2前处理204

12.3.3计算结果205

12.4恒阻大变形锚杆的算例分析206

12.4.1模型206

12.4.2计算结果207

第13章 方形洞室开挖的算例分析212

13.1计算模型212

13.2弹性增量和分解平面应变213

13.3弹性增量极分解平面应变217

第14章 吉林台水电站区域稳定性算例分析222

14.1数值计算模型222

14.2计算步骤223

14.3工程计算结果223

14.3.1安全岛变形场特征223

14.3.2安全岛应力场特征224

第15章 柳海-480m水平运输大巷开挖算例分析227

15.1弹性极分解增量分析模块的前后比较228

15.2网格对计算模型的影响229

15.3极分解与和分解增量分析模块的对比230

15.4两个增量分析模块下降低底板弹性模量时巷道的最大变形231

参考文献232

第16章 旗山-1000m水平北翼轨道联络大巷开挖算例分析233

16.1数值计算模型233

16.2计算结果234

参考文献239

第17章 LDEAS3D——立方体的转动与伸长和简单剪切的算例分析240

17.1两个算例的理论解240

17.1.1立方体有限转动与伸长的理论解240

17.1.2立方体简单剪切的理论解243

17.2两个算例数值分析结果246

17.2.1立方体有限转动与伸长数值分析结果246

17.2.2立方体简单剪切数值分析结果250

第18章 LDEAS3D——顶盖驱动算例分析254

18.1计算模型254

18.2计算结果254

操作指南篇259

第19章 系统综述及安装259

19.1安装说明259

19.2程序组263

第20章 系统启动及项目管理264

20.1启动系统264

20.2工程项目管理265

第21章 前处理系统267

21.1基本使用流程267

21.2主界面说明268

21.2.1主界面268

21.2.2 工具条269

21.2.3菜单273

21.3 File菜单273

21.3.1 File主菜单273

21.3.2文件操作273

21.3.3前后处理切换274

21.3.4退出274

21.4 View菜单275

21.4.1 View主菜单275

21.4.2视图调整275

21.5 Geometry菜单278

21.5.1创建模型278

21.5.2删除287

21.6 Utilities菜单288

21.7 Data菜单294

21.8 Meshing菜单300

21.8.1单元划分设定300

21.8.2单元类型305

21.8.3取消删除或者设定网格306

21.8.4网格生成功能307

21.8.5编辑网格307

21.9 Calculate菜单309

21.10结构实体组合计算特殊说明309

21.11恒阻大变形锚杆（索）施加操作说明317

21.11.1脆断锚杆317

21.11.2无限力锚杆318

21.11.3恒阻锚杆319

21.11.4恒阻锚杆模拟脆断锚杆320

21.11.5恒阻锚杆模拟无限力锚杆320

21.11.6一部分恒阻锚杆一部分全程黏结锚杆321

第22章 参数设置322

22.1基本使用流程322

22.2线荷载323

22.3工程材料326

22.3.1线弹性材料326

22.3.2弹塑性材料329

22.4单元施工步序信息设置332

22.5地应力334

第23章 计算分析步骤337

23.1计算条件设置338

23.2地应力计算339

23.3工程计算340

第24章 后处理系统343

24.1基本使用流程343

24.2主界面说明345

24.2.1主界面345

24.2.2功能工具条346

24.2.3菜单348

24.3 View Results菜单348

24.3.1选择要查看的结果步数349

24.3.2显示云图350

24.3.3结果350

24.3.4显示等值线图353

24.3.5显示最大、最小值353

24.3.6显示矢量图353

24.3.7绘制曲线结果354

24.3.8显示变形图355

24.4 Windows菜单355

24.4.1 View Style356

24.4.2 View Results357

24.4.3 Deform Mesh358

24.4.4 Animate359

24.4.5 Border Graph360

24.4.6 Several Results361

第25章 剪切大变形算例的操作步骤362

25.1问题说明362

25.2启动LDEAS系统362

25.3建立几何网格模型363

25.4造型中设定材料及边界364

25.5剖分单元网格366

25.6保存退出前处理系统368

25.7设置材料库368

25.8建立单元材料号与材料库之间的联系369

25.9计算平面应变和分解370

25.10查看结果372

25.11计算其余几种情况下的结果372

第26章 柳海巷道开挖算例操作步骤374

26.1问题说明374

26.2启动LDEAS系统375

26.3建立几何网格模型376

26.4造型中设定材料号及边界条件377

26.5剖分单元网格381

26.6保存退出前处理系统384

26.7设置上覆岩压385

26.8设置材料库385

26.9建立单元材料号与材料库之间的联系387

26.10设置初始应力场390

26.11运行计算391

26.12查看结果393

第27章 吉林台水电站算例操作步骤395

27.1问题说明395

27.2启动LDEAS系统395

27.3建立几何网格模型396

27.4造型中设定材料号及边界条件397

27.5剖分单元网格400

27.6保存退出前处理系统403

27.7设置材料库403

27.8建立单元材料号与材料库之间的联系405

27.9设置初始应力场406

27.10运行计算406

27.11查看结果408