前言

流变效应广泛存在于各类水利、岩土工程中，无论是地面的边坡、大坝，还是地下的巷道、矿柱等都存在流变特性。对流变特性的研究，首先需要通过室内试验、现场试验或原型监测等获得不同工程材料流变的内在规律；然后依据内在演变规律，建立预报模型，这样就可以对工程异常演变现象进行物理成因解析，以及对工程将来的演变进行预测与控制。由此可见，对流变问题进行研究以建立合理的流变分析模型十分重要。英国科学家开尔文曾说：“我的目标就是要证明，如何建造一个力学模型，这个模型在我们所思考的无论什么物理现象中，都将满足所要求的条件。在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。如果我能够成功地建立起一个模型，我就能理解它，否则我就不能理解。”为此，本书试图采用整数和分数阶微积分理论建立岩石、节理岩体、混凝土、堆石料的流变模型。

相对于其他专著分别对岩石、节理岩体、混凝土、堆石料的流变模型进行阐述，本书尝试将不同工程材料的流变模型研究纳入同一理论体系。本书认为工程材料的变形均存在时间效应，瞬时变形是时变效应的特例，由此本书尝试采用弹-黏塑性模型研究混凝土、岩石的开裂以及混凝土坝接缝的非线性力学特性等，并探讨了位移直接法是否适用于流变断裂问题分析；在节理岩体、混凝土、堆石料的流变特性方面，本书尝试将加锚节理岩体等效弹黏塑性模型改进为等效黏弹塑性模型、将常用的混凝土弹性徐变模型改进为弹塑性徐变模型，以及类比混凝土热学力学性能变化规律的组合指数式，从唯象角度建议了一种组合指数型堆石料流变模型；与此同时，本书还基于理论自洽的原则研究了不同应力分量下黏性系数之间的关系、应变计组测值转化三维空间应力理论严谨的计算公式，以及以三参数指数流变模型为例对堆石料理论严谨的三维流变速率公式进行了研究，而且由推导的三维流变速率计算公式研究了轴向应变、体积应变和广义剪切应变的合理关系式；此外，本书试图将整数阶微积分流变模型和分数阶微积分流变模型纳入同一体系中研究，尝试将分数阶微积分的黏弹性模型和黏塑性模型的一维本构关系推广为三维本构关系，推导了流变应变增量计算公式，并应用于不同岩体结构的加速流变分析；另外，本书还探讨了考虑塑性徐变的实测应变转化应力的算法，以及基于实测应变反馈大坝混凝土实际徐变度的算法；至于拉伸压缩徐变是否一致，目前尚未有定论，但本书尝试研究了拉压异性弹性徐变的数值分析算法，以及研究了基于拉压异性徐变的实测应变转换为应力的算法；这或许正是学术研究之魅力所在。

本书是在黄耀英博士后出站报告和博士论文的基础上，对作者近年从事整数及分数阶微积分流变模型研究的总结。其中，黄耀英博士论文和博士后工作报告分别由吴中如院士和郑宏研究员指导完成。本书中关于混凝土徐变的理论研究得到国家自然科学基金项目（批准号51209124）资助。在研究过程中，河海大学沈振中教授等给予作者许多指导和建议，在此谨表谢忱。

本书承蒙中国工程院院士吴中如教授在百忙中审读并撰写序，作者对此表示衷心感谢！

本书的出版得到三峡大学学科建设经费的资助。

由于整数和分数阶微积分流变模型是一个正在迅速发展的研究方向，在理论和实践上都有很大的拓展和完善空间，每年有大量的文献发表，本书无意写成一本教科书类的专著，而是试图以作者自身研究及应用成果为主干进行写作。主要目的是与同行交流心得体会。限于作者的水平，书中难免存在一孔之见的不妥之处，恳请并期待同行们的批评指正。

作者

2015年12月