第1卷《基础理论》编写说明
刘志明 王如云 陈国荣 李玉柱 刘小生 邬爱清 许卓明
本卷是水利水电工程勘测设计的基础理论部分，保持了第1版《手册》的基本框架，内容增加了“计算机应用技术”一章。本卷包括工程数学、工程力学、水力学、土力学、岩石力学和计算机应用技术等6章。
1 第1章工程数学
1.1 与第1版相比内容的增减
本章1.1～1.8节，参考了第1版《手册》的编写顺序和内容，但各节具体内容均有所增加、调整和完善。与第1版相比，其主要变化如下:删除了第1版“第8节数学表”;第1版第7节分成了本章的“1.6概率论”和“1.7数理统计”两节，并增加了“马尔可夫链”、“假设检验”、“方差分析”、“回归分析”、“正交试验设计”、“抽样检验方法”、“主成分分析”和“可靠性分析”等内容;“1.8数值分析”中在第1版第5节的基础上增加了“刚性微分方程及其数值解法”等内容;还增加了“1.9有限分析法”、“1.10有限体积法”、“1.11有限元基本方法”、“1.12最优化方法”和“1.13人工神经网络”5节内容。
1.2 内容编排的考虑
(1)删除第1版中“第8节数学表”。由于目前计算器已普及，数学表中的数值可以容易得到，因此删除了该节。
(2)“1.6概率论”和“1.7数理统计”两节，增加了“马尔可夫链”、“假设检验”、“方差分析”、“回归分析”、“正交试验设计”、“抽样检验方法”、“主成分分析”和“可靠性分析”等内容。水工设计中存在着各种各样的不确定性、随机性，如水工结构所受外界环境、荷载及结构材料本身的不确定性，常会借助“马尔可夫链”等方法对具有一定的随机性的劣化进程进行分析和预测;水利工程质量检测中，对混凝土强度、水泥标号、砂子细度模数、土方工程中土的干密度等项目测值进行评定时，通常借助“方差分析”、“回归分析”、“正交试验设计”、“抽样检验方法”等对数据进行分析;大坝风险综合评价是一个复杂的系统，涉及众多评价因子，且各因子可借助“主成分分析”获得主要评价因子;由于水工结构的条件、工程复杂性，通常需借助可靠性分析理论和方法，对水工建筑物进行可靠性分析。基于以上考虑，增加了这些内容。
(3)“1.8数值分析”一节，在第1版第5节的基础上增加了“刚性微分方程及其数值解法”等内容。水工结构设计中的某些问题可通过建立常微分方程或方程组数学模型进行研究，因此也就存在刚性微分方程组问题。增加刚性微分方程及其数值解法，目的是使设计人员了解，在遇到某些问题很难得到符合实际情况的解时，也许是遇到了刚性问题，不妨采用适合刚性问题的数值解法进行求解。
(4)增加“1.9有限分析法”、“1.10有限体积法”、“1.11有限元基本方法”3节。水工结构设计中，涉及水动力学、渗流力学、弹性力学、结构力学中建立的微分方程模型求解问题，鉴于模型的复杂性，常需借助数值计算方法求得数值解。数值解法中的有限差分法和有限分析法一般是基于结构网格的，具有算法设计较简单灵活、编程相对容易等特点。其不足之处是:当复杂边界时，网格很难贴合边界，虽然可采取贴体坐标系技术，但一般只适应不太复杂的边界情形，且原先可能较简捷的控制方程变得复杂化。“有限体积法”和“有限元法”一般是基于无结构网格的，具有很好的边界适应性，但由于网格的无结构特性，使得程序编制复杂化。相对于其他3种方法，有限元法具有一个先天优势，即对于能量内积而言，近似解是真解在有限子空间上的投影，但其求解过程，通常会归于一个大型线性代数方程组的求解，不仅计算量大，而且会面对方程组的病态问题。在方程的离散过程中“有限分析法”采用局域上的解析解建立计算格式，在控制方程非线性程度较低时，计算精度较高。“有限体积法”由于是对方程组在控制体上积分后的方程进行离散，因此离散方程只涉及控制体及其邻域单元上的计算变量，具有计算量小且对边界具有很好适应性等特点。采用不同形式的数值通量和不同的物理量重构方法，可以得到各种各样的有限体积法，例如，数值通量采用Roe的Riemann解算子逼近形式，物理量重构采用MUSCL方法，就得到Roe型MUSCL方法的有限体积法，同样也可以得到Roe型分片常数逼近的有限体积法，这些方法可以较好模拟含间断波的流场。增加这些内容，可帮助设计人员根据自己面对的问题，选取合适的数值计算方案。
(5)增加“1.12最优化方法”。水工设计中会遇到很多的优化问题，如水工结构功能优化设计中设防荷载参数的选择、边坡稳定性分析中最小安全系数的求解等问题，最终都归结于最优化问题，因此增加本节是必要的。
(6)增加“1.13人工神经网络”。人工神经网络以大脑的生理研究成果为基础，目的在于模拟大脑的某些机理与机制，实现某个方面的功能。鉴于目前人工神经网络模型已应用于水工结构的劣化评价、水工结构优化、水工建筑结构地震损坏诊断、混凝土抗裂性能指标预测等方面，增加本节可满足水工设计的发展需求。
1.3 技术发展方向
目前，一般线性问题的求解已有较为成熟的方法和技巧，然而对非线性问题，特别像水动力学中出现的水跃、滑坡涌浪、涌潮等含有间断面现象的模拟问题是数值模拟方法发展不得不面对的问题，也是提高水工设计水平、满足实际需求不得不面对的问题。“1.10有限体积法”介绍的有关内容只是数值模拟间断波现象的初步成果，更进一步的高精度、高分辨方法或三维问题的模拟方法正在不断发展中。
1.4 与其他卷章关联的内容及处理
本章作为《手册》所用数学知识公共平台，在编写过程中所遵循的原则是:在介绍其他章节共用的基本数学公式、方法、算法等时，尽量不涉及与水工设计背景相结合部分的数学模型和求解方法，以避免与其他部分重叠。如有限元部分，本章只涉及有限元基本方法，而有限元与渗流力学、土力学等具体专业方向结合应用部分，放在其他相关章节进行介绍。
1.5 使用中应注意的有关问题
限于篇幅，在介绍有关偏微分方程数值方法时，有时仅对某一类方程进行了介绍，读者若发现无相应的内容时，可查阅相关参考文献。
1.6 编写过程中的感想
《手册》的编写虽然不同于撰写学术论文，要求有学术创新点，但必须要考虑到从事实际水工设计人员的需求，如知识完备性、易查检性、公式与图表的正确性、计算方法的实用有效性以及理论和知识的先进性。为了落实这些编写原则，通过自检及评审专家的建议，我们进行了3次大的目录增减和前后次序调整，有些公式经过了多部相关手册的核对，甚至从头推导进行比对，以尽量保证所列公式的正确性;有的公式和方法思想经过慎重考虑，采用了与其他手册不同但却更利于理解的形式予以表达。经过前后4年半的努力，我们终于在审稿专家的指导帮助下，在各位编辑的辛苦工作下，在卷主编的鼓励指导帮助下，在各自工作单位的领导和同志们的支持下完成了《手册》(第2版)第1卷第1章“工程数学”部分的编写工作，在此谨向大家表示诚挚的感谢!由于我们的水平有限，可能所编内容还存在错误和不足之处，欢迎《手册》的使用人员，把发现的问题及时与出版社或我们联系，以便今后改进。
2 第2章工程力学
2.1 与第1版相比内容的增减
第1版《手册》工程力学部分包括的内容有:直杆变形的基本形式、杆件结构的位移计算、杆件结构的内力分析、影响线、杆件结构的弹性稳定、杆件结构的动力计算、平面问题、空间问题、薄板的计算、基础梁的计算和有限单元法。本次修编基本保持了第1版的框架结构，修编后的内容由原来的11节扩充为12节，主要包括以下6个方面:①加强了基本概念、基本理论的介绍;②删除了原第3节中的“迭代法”，增加了“矩阵位移法”;③原“第6节杆件结构的动力计算”改为“2.6结构动力计算与结构振动控制”，并增加了结构抗震与振动控制的内容;④删除了原第7节中的“差分法”;⑤在2.11节中，增加了薄板问题的有限单元法以及温度场与温度应力的有限单元法等内容;⑥新增了“2.12结构优化设计”。
2.2 内容编排的考虑
作为《基础理论》的一部分，本章主要介绍与工程力学有关基本概念、基本理论和基本计算方法。与第1版相比，本次修编加强了基本概念、基本理论的介绍。除介绍经典的力学分析基本方法以外，也适当增加和拓展了一些新方法，如结构优化设计、结构振动控制等。以外，还增加了我国水利水电建设中经常涉及的内容，如温度场与温度应力的有限单元法等内容。第1版中的“迭代法”由结构分析的基本方法演变而来且计算工作量巨大，已被结构分析的计算机方法所替代，故删除了原第3节中的“迭代法”，增加了“矩阵位移法”。
2.3 技术发展方向
工程力学旨在解决工程中的力学问题。20世纪末面向工程的计算方法发展很快，尤其是计算机的快速发展和有限单元法的应用，使得重大工程中的力学问题得到有效解决，数值模拟计算已成为工程设计、施工管理必不可少的手段。因此，《手册》修编中增加和加强了数值分析方法部分，包括矩阵位移法和有限单元法。考虑到面向基层水利工程设计人员，基本的力学概念仍需熟悉，是基本功，因此我们仍保留了构件或简单结构的受力分析和大量的图表。此外，材料非线性问题在工程中经常遇到，也越来越受到重视，此次修编没有涉及，建议下次修订增加这部分内容。
2.4 与其他卷章关联的内容及处理
本章2.1～2.10节相对独立，“2.11有限单元法”和“2.12结构优化设计”与其他章节有所交叉。对于有限单元法，我们侧重于介绍基本理论、实现方法以及在实际应用中需要注意的问题;对于结构优化设计，侧重于介绍工程问题如何建立优化模型，理论基础的内容留给数学部分，避免重复。
2.5 使用中应注意的有关问题
本章中的一些图表、资料引自国内一些专著，其中有些是精确的计算结果，有些是在一定条件下简化的近似计算结果。对于复杂结构，简化后应用本章中的一些图表、数据可以得到计算结果;必要时，应使用计算机分析方法对复杂结构作更为详尽的分析。
2.6 编写过程中的感想
“工程力学”作为《基础理论》的一部分，其主要的理论和方法是经典的。第1版《手册》中工程力学部分包含了大量图表、数据，对这部分内容的修编在一段时间内曾经困扰了修订者。一方面，这些图表、数据有些是精确的计算结果，有些是在一定条件下简化的近似计算结果，它们主要是为手工作结构计算服务的;另外一方面，随着计算机技术的发展，结构分析的方法发生了革命性的飞跃，结构分析的计算机软件也越来越成熟，使用计算机进行结构分析时则不需要使用这些图表、数据。为此我们到上海院、华东院作调研，听取了工程设计人员的意见。他们认为这些图表、数据在工程设计人员对结构受力特性作定性分析时是有重要作用的。综合多方面意见，最终在修编时保留了绝大多数图表、数据。
3 第3章水力学
3.1 与第1版相比内容的增减
本章以第1版《手册》框架为基础，对内容和结构进行了修改、补充和调整，主要包括以下4个方面:①加强了基本概念、基本理论的介绍，增加了“3.3水动力学”一节，将“流动阻力与水头损失”单列为第3.4节;②适当介绍了一些国内外最新的科研成果，如“高速水流脉动压强”、“水流诱发建筑物振动”等内容;③随着科学技术和我国水利水电建设的发展，新增“3.7有压管道中的非恒定流”、“3.13渗流”、“3.14高速水流”、“3.15计算水力学基础”和“3.16水力模型试验基本原理”等内容;④将明槽部分内容做了适当归并，即原第5～10节和第13～16节中的相关内容调整合并为“3.8明槽恒定均匀流”、“3.9明槽恒定非均匀渐变流”、“3.10明槽恒定急变流”和“3.11明槽非恒定流”4节。
3.2 内容编排的考虑
本章仍然保留了16节的设置。“水力学”作为《基础理论》的一部分，其主要介绍水力学有关基本概念、基本理论和基本计算方法，具体水工建筑物(如泄水建筑物、水工隧洞、水闸、渠系建筑物等)的水力计算和设计在第7、8、9卷中有专门章节介绍。
本次修编加强了基本概念、基本理论的介绍，如“水动力学”的理论基础、“流动阻力与水头损失”等内容。除介绍成熟实用的水力计算基本方法外，也适当介绍了一些国内外最新科研成果，如“高速水流脉动压力”、“水流诱发建筑物的振动”等。还增加了我国水利水电建设中水力学经常涉及的内容，如“渗流”、“高速水流”、“计算水力学基础”和“水力模型试验基本原理”等内容。第1版中明槽内容过多，占了一半篇幅，本次修编做了适当归并，即合并为“明槽恒定均匀流”、“明槽恒定非均匀渐变流”、“明槽恒定急变流”和“明槽非恒定流”4节。
3.3 技术发展方向
随着计算机和计算技术的飞速发展，计算流体力学在各学科得到了越来越广泛的应用，也已大量应用于水利水电工程的各项计算中。但本次修编由于篇幅所限，只介绍了计算水力学基础，包括计算水力学中所用到的基本方程、离散方法和紊流数学模型，建议下次修订时可适当增加一些在水利学科和工程中的具体运用的介绍，如一维非恒定流计算(包括有压管道非恒定流和明渠非恒定流)、不可压缩非黏性流体流动、不可压缩黏性流体流动、对流扩散、浅水环流等内容。由于第1卷是基础理论部分，也可以把这些内容放在各水工建筑物相关的卷章中去。
3.4 与其他卷章关联的内容及处理
本章主要介绍水力学有关基本概念、基本理论和基本计算方法，具体水工建筑物(如泄水建筑物、水工隧洞、水闸、渠系建筑物等)的水力计算和设计在其他卷中专门章节介绍。如泄水建筑物的水力计算在第7卷第1章中介绍，水闸的水力计算在第7卷第5章中介绍，水工隧洞及调压室的水力计算在第8卷中介绍，渠道及渠系建筑物的水力计算在第9卷中介绍等。
渗流中流网的绘制及应用(包括闸坝地基流网、土坝流网等内容)放在本卷第4章土力学中;水流诱发结构振动的内容在本章编写，第7卷泄水建筑物中不再编写，但闸门的流激振动问题放在第7卷闸门部分。
3.5 使用中应注意的有关问题
本章中的一些图表、资料是引自国内现行规范，如《水工隧洞设计规范》(DL/T 5195—2004)、《溢洪道设计规范》(SL253—2000)等。使用中应注意规范是否有新的修订，本章中引用的图表、资料是否有变化。
3.6 修编过程中的感想
本章有清华大学、河海大学、中国水利水电科学研究院和南京水利水电科学研究院共4个参编单位。参加修编工作的同志中，其中包括长江学者清华大学余锡平教授、全国名师河海大学赵振兴教授、南京水利水电科学研究院副院长李云教授级高工和水工水力学所总工严根华教授级高工、清华大学水力学所所长张永良教授、中国水利水电科学研究院水力学所陈文学总工和王晓松副总工等，主编清华大学李玉柱、主审哈尔滨工业大学刘鹤年及大连理工大学崔莉均为已退休的老教授，总体来说参编人员素质较高。由于部分参编人员系在职，有的还担任一定的领导职务，工作较忙，在修编过程中克服了许多困难。此外，本章参编人员主要来自我国几家著名的大学和科研机构，修编内容反映了几家单位的先进经验，但由于参编人员较多，编写风格不一，统稿工作量较大，建议再修订时参编人员可相对再集中些。
4 第4章土力学
4.1 与第1版相比内容的增减
本章在第1版《手册》基础上进行了适当调整、修改和补充，修编后由原来的6节调整为14节。其中，“4.1土的基本性质”、“4.5土中应力”、“4.6土的压缩性”、“4.7土的强度”、“4.11地基承载力”和“4.12桩基础的承载力”等6节内容基于第1版第1卷中第4章“土力学”中的相关内容编写;“4.3土的渗流及渗透稳定性”、“4.4土的渗流计算”和“4.10地基沉降计算”等3节内容基于第1版第3卷《结构计算》中第14章“沉降计算”和第15章“渗流计算”的相关内容编写;“4.2土的压实性”、“4.8土的本构模型”、“4.9土体应力变形有限元分析”、“4.13特殊土”和“4.14土的动力特性”等5节为新增内容。
4.2 内容编排的考虑
第1版《手册》基本覆盖了一般高等学校水利水电工程建筑专业的土力学教材中的经典内容，其中第1版第1卷《基础理论》第4章“土力学”由“土的物理性质”、“土中应力计算”、“土的压缩性”、“土的抗剪强度”、“地基承载力”和“桩基础的承载力”等6节组成;第1版第3卷中第14章“沉降计算”包括了“概述”、“天然地基的沉降量计算”、“天然地基的沉降过程计算”、“湿陷性黄土地基的沉降量计算”、“预压地基”和“沙井地基的沉降量计算”、“土坝的沉降量计算”及“桩基础的沉降量计算”等8节，除了一般沉降计算方法等土力学经典内容外，还包含了一些具体类型地基、基础和结构沉降计算的内容;第1版第3卷中第15章“渗流计算”包括“概述”、“沿简单地下轮廓线渗流的解析解”、“复杂地下轮廓线的渗流近似解”、“土坝和岸堤中的渗流计算”、“减压井和排渗沟的渗流计算”、“侧岸绕渗”、“有限元法的渗流计算”、“流网图绘法及其应用”和“土的渗透变形”等9节，除了一般土力学经典内容外，主要篇幅是有关具体地基和结构的渗流计算的内容;第1版第7卷中第36章“挡土墙”包括“总论”、“土压力的计算”、“几种常用的挡土墙及挡土墙的细部构造”等4节，除了一般土力学经典内容外，主要篇幅为不同具体类型挡土墙土压力计算和结构构造内容。
根据《<手册>修编工作大纲》关于《手册》总体布局，取消了专门介绍结构计算的第1版第3卷，需要将其中相应结构计算的内容合并到第2版《手册》第1卷《基础理论》中，据此，基于第1版第3卷《结构计算》的第15章“渗流计算”修编为“4.3土的渗流及渗透稳定性”;基于第1版第3卷中第14章“沉降计算”修编为“4.10地基沉降计算”。本章修编主要介绍基本概念、基本理论及基本方法等，而对原有的一些具体地基、基础及结构的解析解和近似计算方法及计算过程等内容，由于计算机数值计算技术的发展及应用，目前大都已很少使用，或者在本《手册》有关章节的相应具体结构中作了专门介绍，本章仅作少量介绍。由于在第2版《手册》第10卷中安排了土质边坡和挡土墙的专门章节，因此经典土力学中土坡稳定性计算和挡土墙土压力计算内容，本章没再介绍。
根据国内外土力学学科发展、土石坝设计新方法发展需要、国家法定计量单位要求及我国有关规范修编情况，除了对上述有关章节内容进行修编和补充外，还增加了“土的压实性”、“土的本构模型”、“土体应力变形有限元分析”、“特殊土”和“土的动力特性”等5节。
4.3 技术发展方向
土是长期地质历史作用的产物，以其散碎性、多相性和变异性等显著特点区别于其他工程材料。经典土力学和岩土工程以有效应力原理、库伦-摩尔强度定理及达西定律三大理论为核心，作为一门实用力学和技术科学，主要以经济性和安全性为目标，解决工程建设中的强度、变形和渗流等控制和安全问题。土力学随科学技术进步和工程建设而发展，并指导工程建设，不断提高工程设计和建设水平。近年和将来，土力学和岩土工程学科发展及方向主要有6个方面:①以有限单元法为代表的计算机数值计算技术在土力学和岩土工程中的应用，促进了土的力学特性和本构关系研究，可极大地提高土力学学科解决岩土工程问题的能力，目前土的本构关系研究和模型参数的可靠确定已经成为解决各类大型、复杂岩土工程问题的瓶颈，土的本构关系研究和土的力学特性测试技术发展是土力学和岩土工程学科发展的方向;②以高土石坝为代表的各类大型土工建筑物工程建设规模越来越大，工程场地工程地质和水文地质越来越复杂，影响地基和处理深度越来越大，不断对土力学和岩土工程学科发展提出新的挑战，需要发展各种现场原位试验和测试技术;③我国许多建设工程，特别是许多大型水利水电高土石坝工程的建设场地位于地震高烈度区，工程抗震安全往往成为工程建设的控制工况，需要大力开展土动力学及抗震防灾技术研究;④用于地基处理和土体加固及防渗等的以固化剂及土工合成材料为代表的新材料和实用新技术不断开发和应用;⑤非饱和土及各类特殊土的工程力学特性研究和测试技术;⑥以城市生活垃圾和工业废(弃)料等填埋、储放处理工程为代表的环境岩土工程及监测技术。
4.4 与其他卷章关联的内容及处理
本章主要介绍土力学的基本概念、基本理论、基本试验方法和基本计算方法。对于涉及具体建筑物(如碾压式土石坝、面板堆石坝、挡土墙和土质边坡等)的土工计算理论和设计方法，以及水闸闸基渗流计算等内容，在《手册》的其他有关卷章中专门介绍。
4.5 使用中应注意的有关问题
土的工程分类、渗透变形判别、地基承载力、地基沉降计算、桩基础承载力及一些特殊土的判别等章节，包括了少量有关现行规范的方法、参数和图表，应该注意规范的修订，及时采用相应的有效规范版本。
4.6 编写过程中的感想
首先，相较其他学科，土力学内容比较庞杂，系统性比较差，不同问题的解决，需采用不同的假定和不同的理论及计算方法，其内容取舍和深度把握曾经是让人颇感为难和困惑的问题，在不同修编阶段的审查会上，审稿专家提出了很好的修改意见，在此表示衷心感谢;其次，各节编写人员均为各单位骨干，生产(或教学)和科研任务重，编写时间紧，而且由于没有专门经费支持，修编经费需要各节承担单位自行解决，在此对各节编写人员表现出的责任心和奉献精神表示崇高敬意;第三，由于编写人员较多，各节编写风格、内容取舍和深度把握程度不尽相同，统稿时虽努力一致，但由于编者水平有限，仍可能有不尽如人意的地方，希望在使用中积累经验，并对存在问题提出宝贵意见，以利于将来修订。
5 第5章岩石力学
5.1 与第1版相比内容的增减
根据岩石力学学科在水利水电工程建设过程中的应用和发展情况，结合第1版《手册》出版以来新建水利水电工程的实践成果，对第1版内容进行了补充和完善，修编后的内容由原来的6节扩充为15节。主要变化如下:
(1)将第1版“第4节岩石的变形特性”和“第5节岩石的强度特性”的内容，分别在“5.3岩石的力学性质”、“5.4岩体变形特性”和“5.5岩体强度特性”中叙述，并补充介绍了试验方法以及近年来一些典型工程有关岩石力学试验的研究成果和参数取值。
(2)在“5.7岩体软弱夹层的基本特性”中，补充了“软弱夹层分类”、“软弱夹层的物理性质”、“软弱夹层的抗剪强度特性”和“软弱夹层的渗透变形特性”等内容。
(3)新增了“5.1水利水电工程岩石力学研究的特点与任务”、“5.10岩体的渗流特性”、“5.13岩体结构面统计理论与方法”、“5.14地质力学物理模型试验”和“5.15岩体稳定性分析方法”。
(4)将第1版第1节中的“九、岩体的纵波速度”和“十、岩石的工程分级”分别提升为“5.8岩体声学特性”和“5.1工程岩体分级”;将第1版第4节中的“三、岩石的流变性”提升为“5.6岩石流变特性”;将第1版第5节中的“二、岩石的强度理论”提升为“5.12岩石的本构关系与强度理论”。
(5)删除了第1版第1节中的“五、地温梯度”和“八、岩石的电阻率”;删除了原第6节“洞室围岩问题”中的大部分内容，关于围岩应力的重分布等内容未进行单独叙述，而是涵盖于其他节中。
5.2 内容的编排考虑
由于岩石力学对水利水电工程建设的重要性，自20世纪50年代以来，国内外岩石力学基础性理论已获得了巨大的发展。以葛洲坝、小浪底、二滩、三峡工程等工程实践为代表，通过工程建设各阶段的实践，水利水电工程中的岩石力学问题及相应的理论与技术发展，都是第1版编写过程中不能体现的。因此，本章内容的编排和取舍变动性很大，主要拟定了以下原则:
(1)结合第1版《手册》出版以来水利水电工程的实践，补充和完善相关岩石力学试验研究成果资料。
(2)在章节安排上，根据岩石力学各分支学科在水利水电工程设计过程中的应用和发展情况，对第1版《手册》的章节安排进行适当调整。
(3)在编写内容上，除编写对水工设计有直接作用的岩石力学参数部分内容外，还选择对水工设计岩石力学边界条件了解和对策等有指导作用的其他相关内容。
(4)对国外先进的技术经验和有关规定，若可资参考或应用的，也酌情纳入。
5.3 技术发展方向
随着我国西部水利水电工程的大规模建设，岩石力学面临的新挑战更大，无疑将更进一步地推动基础理论的发展。其主要涉及的发展方向有以下几方面:高应力和复杂应力路径下的岩石力学特性及试验方法;岩体应力场和渗流场测试与分析理论;岩体断续介质力学方法研究与应用;岩体非线性力学数值模拟技术与工程应用;水工岩石力学与环境保护等。
5.4 与其他卷章关联的内容及处理
岩石力学涉及范围非常广泛。本章重点处理与岩石力学基础理论相关的内容。与工程密切相关的内容安排在其他卷章，如地下洞室围岩工程地质分类，坝基、边坡及地下洞室相关内容，以及岩体灌浆与工程岩体锚固等内容。
5.5 使用中应注意的有关问题
《手册》中列举了部分工程的岩石物理力学参数主要统计值，目的是帮助读者了解各种岩石物理力学指标的大致范围以及典型工程岩体力学参数试验值及采用值的有关情况，在使用过程中仅供参考。
5.6 编写感想
《手册》的编写是一项复杂和系统的工作，其编写过程中倾注了方方面面的精力和支持，主要感想体现在以下方面:①水利部和水规总院有关领导以及各章节主编的高度重视，对本章的编写起到了重要的推动作用;②全国水利水电相关单位，在提供相关工程资料方面给予了大力的支持和配合;③中国水利水电出版社安排了精湛的编辑、制图和校对人员，使《手册》的出版质量特别是图表清晰和规范等方面得到了很好的保障;④本章编写组成员及审查专家，付出了艰辛的劳动和奉献，在无编写经费保障的条件下，能够完成编写任务，从一个侧面充分体现了水利水电行业专家们的敬业和奉献精神;⑤由于水利水电工程建设的高标准要求，以及岩体介质材料本身的复杂性，本章总体上属岩石力学研究最基础性的内容。限于编写者自身水平和专业深度，在材料选取及编写内容方面必然存在局限性，希望广大使用者提出宝贵意见，以利不断改进。
6 第6章计算机应用技术
6.1 与第1版相比内容的增减
本章为第2版《手册》新增内容，主要介绍水工设计中常用的计算机技术与计算分析软件。其中，计算机技术包括程序设计、软件工程、数据管理、计算机辅助设计、地理信息系统、决策支持系统、设计新技术;计算分析软件包括通用有限元分析、水文水资源分析、水工水力学分析、大坝结构和边坡稳定分析、隧洞结构分析、厂房建筑结构分析等。
6.2 内容的编排考虑
计算机应用技术已经成为现代水工设计人员的必备知识和常用技术，是优化设计方案、提升设计质量、提高工作效率、完善成果管理的重要工具和有效手段。因此，在《手册》中增加了该部分内容。
本章主要供具备计算机基本知识的水工设计人员使用，起到对计算机应用知识和水工设计常用软件的“查询”作用，而不是用于“学习”，不是计算机专业知识的普及读本或教科书，也不是水工设计软件的操作使用手册。因此，内容选择上着重围绕应用问题，诠释技术现状，不究发展历程，淡化推演细节。计算分析软件主要选择勘测设计人员经常用到的软件，不求全，内容上只介绍软件的功能与原理、适用范围，不介绍软件的具体使用要求和说明。
6.3 技术发展方向
在水利水电工程建设中，计算机技术应用于工程设计和管理的各个方面。随着计算机技术、网络技术的进步，计算机应用技术以及水工设计常用软件的功能、性能及运行环境不断提高与完善，主要体现在以下诸方面:
(1)在设计分析对象方面，主要向可变形体与多体耦合分析、多相与多态(流、固、气等)介质耦合分析、多物理场(力场、渗流场、温度场等)耦合分析、多尺度模型耦合分析、从材料到整个结构性能的预测和仿真与设计优化及多目标优化设计等方面发展。
(2)在计算处理方面，复杂三维实体建模、静态和动态物理场的虚拟现实技术、计算机仿真技术将会得到很大的发展。
(3)在数据管理方面，向基于语义技术的、面向多维空间的、能管理复杂计算逻辑与多媒体对象的工程数据库管理系统不断发展，将有更多知识性信息及推理技术纳入到工程应用软件中。
(4)在运行环境方面，向基于超级计算机和计算机群的并行计算、基于网格的计算、基于互联网的集成化与协同化、云计算环境等方向发展，能够开展多专业﹑异地﹑协同﹑并行化设计与分析，实现对复杂产品和工程的全面、高性能设计与分析。
6.4 与其他卷章关联的内容及处理
在其他卷中不涉及具体的计算机技术，但会涉及一些专用计算分析软件的应用介绍，如第5卷相关章节中专门介绍了拱坝坝肩抗滑稳定典型实用程序和案例，但一般与本章内容不重复。
6.5 使用中应注意的有关问题
计算机技术更新快，应用时需关注新的发展，及时更新有关知识和技术;计算分析软件仅仅是常用部分，新的计算分析软件会随着计算机技术和水工专业技术的进步而不断发展;软件应用时还应注意计算分析采用的有关规程规范是否有修订，避免采用老标准或废止标准进行工程设计。
6.6 编写感想
本章由于是新增内容，在开始编写时，对内容选择和编排经过了几轮讨论和修改，最后确定的编写原则如下:以水利水电工程建设为应用背景，选择合适的计算机应用技术，适当介绍典型应用案例;重点介绍正在运用的成熟技术与软件工具，简要介绍新技术;精选水工设计中常用的软件，强调实用;在科学合理的知识结构中，“条目化”地组织内容，形成实用手册。
编写工作的几个特点:①领导重视:丛书主编索丽生亲自审阅编写工作大纲和书稿并对编写工作提出了具体要求，丛书副主编高安泽、刘志明多次参加讨论会和审查会并提出了指导意见;②内容精练:由于计算机技术内容和工程应用软件十分丰富，内容选择和编排经过多次讨论后才达成共识，由初稿的约38万字精简到出版后的20多万字，参编人员下了很大工夫;③认真把关:自2008年2月编写启动到2011年8月出版，历经3年半时间，共召开各类会议近30次，数易其稿，还专门聘请了4位计算机技术及相关应用领域的权威专家进行审稿;④克服困难:编写人员是在职教师和工程设计人员，教学和生产任务重，尤其是有几位教师还担任了国际交流和学习工作，他们克服了许多困难，出色地完成了编写工作。总之，《手册》是集体智慧的结晶、密切合作的结果、辛勤劳动的成果。