精品图书--《地质与岩土工程矩阵离散元分析》

序言

　　目前，国内的工程数值模拟软件市场绝大部分被国外商业软件占领，国家每年耗费大量的资金购买和使用这些软件，缺乏"卡脖子"技术的核心竞争力。高性能离散元软件MatDEM软件的成功研发和应用显著提高了我国在离散元软件方面的核心竞争力！我衷心地期待，刘春博士能够再接再厉，持之以恒，不断完善软件的功能和提高软件的质量，形成具有完全自主知识产权和国际竞争力的高性能离散元软件，服务于国家重大需求和全人类的科学技术进步！


　　作者简介

　　刘春，南京大学地球科学与工程学院副教授，硕导；长期从事计算工程地质领域的研究，包括离散元法理论研究和系统研发、岩土体多场耦合和宏微观机制、工程地质应用研究；2012年毕业于南京大学，后在美国斯坦福大学从事博士后研究；主持和参与了7项国家自然科学基金项目研究，已发表23篇SCI论文，论文SCI他引455次；其中，以第一作者发表SCI论文11篇，包括3篇发表于地球科学顶级期刊JGR-SolidEarth；已申请和获得国家发明专利13项，软件著作权5项；2016年获中国地质学会工程地质"谷德振青年科技奖"；2016年入选中国科协"青年人才托举工程"（中国岩石力学与工程学会推荐）；2019年入选江苏省第十六批"六大人才高峰"高层次人才选拔培养资助计划。

　　书的简介
　　离散元法能有效地模拟岩土体的非连续性、不均匀性和大变形破坏，在科研和生产实践中具有广泛的应用价值。基于原创的矩阵离散元计算方法，作者从零开始研发了高性能离散元软件MatDEM，实现了数百万单元的离散元数值模拟。本书在介绍离散元法基本原理和算法的基础上，详细介绍了MatDEM软件的基本结构、建模方法、数值计算过程、后处理和系统函数；以及在地质和岩土工程领域的应用示例，包括基本岩土工程问题、离散元试验、三维滑坡、动力作用和多场耦合作用等。本书配有相应的教学视频，软件和教学视频可由以下网站获取：http://matdem.com。本书可供地质、岩土、水利、土木、矿山、物理等领域的科研和工程技术人员，以及高等院校高年级本科生和研究生参考使用。

　　本书分为两个部分，第一部分为基础篇。第1章简要介绍离散元法的基本原理、计算方法和工程应用前景。关于离散元法的系统理论和计算方法，可参阅《颗粒物质力学导论》（清华大学孙其诚和王光谦著）以及《计算颗粒力学及工程应用》（大连理工大学季顺迎著）等专业书籍；关于离散元的连续-非连续理论、接触模型和宏微观理论，可参考中国科学院力学研究所李世海研究员、同济大学蒋明镜等专家的相关论文和专著。第2～5章主要介绍MatDEM的基本结构和功能，以及建模过程和后处理功能。软件中的数据以面向对象的方式来组织，所有计算数据均可在软件中查看、编辑和保存，导入和继续计算。在基础篇中，详细地介绍了矩阵离散元计算法的基本过程、数据组织形式和意义，以及单元、连接、组、材料和荷载的概念和使用方法。特别地，MatDEM提供了商业软件标准的后处理模块，可以方便地生成数十种图件，以及生成模拟过程的GIF动画。通过阅读这些内容，可以很快地掌握离散元法的基本原理和软件的使用方法。
　　第二部分为实践篇。第6章主要结合桩土作用、隧道建模和盾构滚刀破岩三个示例，详细地介绍MatDEM的建模和数值模拟的常规步骤，建议在阅读完此章节后，再阅读实践篇的其他章节。第7章以直剪、扭剪试验和真三轴试验为例，重点介绍通过函数来构建部件，并拼合整体模型，以及如何建立三维复杂裂隙和节理。第8章以三维滑坡建模为例，介绍如何利用数字高程数据构建复杂的三维模型。第9章介绍动力作用数值模拟，包括陨石撞击地面、矿山斜坡爆破和地震动力作用。第10章介绍高级的自定义参数和二次开发功能，实现了地面沉降、微波辅助破岩、能源桩热力耦合等复杂的多场耦合过程数值模拟。第6～10章由简单到复杂，共介绍了13个应用示例。通过修改和综合应用这些示例，可开展各类地质和工程问题的数值模拟，并辅助分析和解决各类科研与工程问题。