非飽和土力學

內(nèi)容概要

　　《非飽和土力學》使用邏輯思維、物理推理與數(shù)學推導的方法，采用熱力學、力學與水文學中最基本的原理與方法探討了非飽和土力學的基本原理，闡明了這些基本原理在非飽和土中應力與流動現(xiàn)象中的應用，論述和評價了描述應力與流動現(xiàn)象的狀態(tài)變量和材料變量的常用的測量與模擬技術?！　”緯鴮⑽⒂^物理原理與宏觀熱力學理論結合起來，論述非飽和土的孔隙持水特性與應力狀態(tài)。本書使用大量的實例，深入淺出地論述了非飽和土力學突飛猛進的研究進展，包括有效應力的適用性、液體和氣體流動、基質吸力和滲透系數(shù)的測量技術等。　　本書是土木工程、環(huán)境工程、土壤學、地下水動力學、地球科學等領域中學生難得的教科書，也是專業(yè)巖土工程師、土壤學者、地質工作者、結構工程師非常有價值的參考書。

作者簡介

　　Ning Lu博士，美國科羅拉多礦業(yè)大學教授，講授“非飽和土力學”與“水文學”等課程。研究方向為非飽和土力學，滲流一應力耦合作用及淺層滑坡的監(jiān)測、分析與預測。他提出的吸應力與統(tǒng)一的有效應力原理，將非飽和土力學與傳統(tǒng)的飽和土力學有機地結合在一起，是非飽和土力學領域標志性的成果。他主持研制的“土壤水分特征曲線和滲透系數(shù)實驗室快速測量儀器”，使得非飽和細粒土脫濕、吸濕參數(shù)的測量時間大大縮短，促進了非飽和土力學的發(fā)展。他將非飽和土力學理論運用于淺層滑坡的監(jiān)測和預測中，取得了非常好的效果。他分別于2007年與2010年獲美國土木工程師學會Normal Medal獎和J．James Croes Medal獎。William J．Likos博士美國威斯康星大學土木與環(huán)境工程系副教授，講授“土力學”與“土質學”等課程。他曾是美國地質調(diào)查局的一名巖土工程師。他發(fā)表了多篇與非飽和土、膨脹土相關的論文。他是Geotechnicot Testing Journal主編，美國土木工程師學會、黏土礦物學會會員。他分別于2005年與2007年獲美國土木工程師學會Arthur Casagrande獎和Normal Medal獎。　　韋昌富，1965年生，博士，研究員。2006年入選中國科學院“百人計劃”，并于2008年獲得中國科學院“引進海外杰出人才計劃”的擇優(yōu)支持?，F(xiàn)任職于中國科學院武漢巖土力學研究所，為巖土力學與工程國家點實驗室副主任?！　￠L期從事多相孔隙介質理論及其應用方面的研究，在多相孔隙介質連續(xù)理論、含天然氣水合物沉積物力學特性、非飽和土力學等方面已取得多項重要的研究成果，其中包括：（1）揭示了多相孔隙介質連續(xù)理論的Lagrange結構，證明了該類理論與Biot多孔介質理論在一般意義上的等價性，并建立了能夠模擬孔隙介質多相、多組分、多場耦合問題的理論框架；（2）奠定了模擬毛細滯后問題的熱力學基礎，建立實用的毛細循環(huán)內(nèi)變量模型，并提出了能系統(tǒng)地描述非飽和-的彈塑性變形和毛細循環(huán)過程耦合效應的本構理論；（3）建立了模擬微觀、細觀與宏觀孔隙流動之間的跨尺度關聯(lián)效應的理論模型，即多孔介質的非平衡流動理論模型，提出了確定多孔介質局部結構的聲波探測技術以及快速確定非飽和水力學參數(shù)的有效方法。　　發(fā)表論文80余篇（被SCI他引70余次），授權專利8項，省部級自然科學一等獎1項（排名第三）。國際土力學學會非飽和土分會理事，中國力學學會巖土力學專業(yè)委員會常務委員、中國爆破工程協(xié)會理事、湖北省力學學會常務理事，兼《巖土力學學報》編委。

書籍目錄

相關符號及單位緒論第1章 非飽和土狀態(tài)1.1 非飽和土現(xiàn)象1.1.1 非飽和土力學的定義1.1.2 非飽和土力學的跨學科屬性1.1.3 非飽和土現(xiàn)象的分類1.2 本書內(nèi)容與撰寫結構1.2.1 章節(jié)結構1.2.2 “巖土力學”與“環(huán)境巖土工程”課程內(nèi)容選學建議1.3 大自然與工程中的非飽和土1.3.1 水循環(huán)中的非飽和土1.3.2 全球化的氣候因素1.3.3 非飽和帶與土的形成1.3.4 工程實踐中的非飽和土1.4 含水量、孔隙壓力與應力的垂直分布1.4.1 非飽和狀態(tài)下的應力1.4.2 飽和土含水量與應力的垂直分布：概念性圖示1.4.3 非飽和土含水量與應力的垂直分布：概念性圖示1.4.4 應力分析方法1.5 狀態(tài)變量、材料變量與本構定律1.5.1 現(xiàn)象預測1.5.2 狀態(tài)變量——水頭1.5.3 狀態(tài)變量——有效應力1.5.4 狀態(tài)變量——凈法向應力1.6 土中水的吸力與勢能1.6.1 土體總吸力1.6.2 孔隙水勢能1.6.3 土體吸力單位1.6.4 吸力形式與土-水特征曲線本章習題第I部分 基本原理第2章 材料變量2.1 氣體和水的物理性質2.1.1 非飽和土的多相體系2.1.2 干燥空氣的密度2.1.3 水的密度2.1.4 氣體和水的黏滯性2.1.5 流動方式2.2 分壓力與相對濕度2.2.1 非飽和土力學中的相對濕度2.2.2 氣體組分與分壓力2.2.3 自由水與氣體的平衡2.2.4 孔隙水與氣體的平衡2.2.5 相對濕度2.2.6 露點2.3 潮濕氣體的密度2.3.1 水蒸氣對空氣密度的影響2.3.2 潮濕空氣密度公式2.4 表面張力2.4.1 表面張力的來源2.4.2 穿過水一氣交界面產(chǎn)生的壓降2.5 水的空化2.5.1 空化與沸騰2.5.2 靜態(tài)大氣壓力2.5.3 空化壓力本章習題第3章 相界面平衡3.1 氣體在水中的溶解度3.1.1 亨利定律3.1.2 溫度相關性3.1.3 體積溶解系數(shù)3.1.4 亨利定律常數(shù)與體積溶解系數(shù)3.1.5 蒸汽作用的修正3.1.6 質量溶解系數(shù)3.2 氣體一水一固體交界面3.2.1 兩個水滴之間的平衡3.2.2 氣體一水一固體交界面的平衡3.2.3 接觸角3.2.4 非飽和土中的氣體-水-固體交界面3.3 蒸汽壓降低效應3.3.1 開爾文公式的意義3.3.2 開爾文公式的推導3.3.3 毛細冷凝3.4 土-水特征曲線3.4.1 土體吸力與土中水3.4.2 毛細管模型3.4.3 接觸球模型3.4.4 小結本章習題第4章 毛細現(xiàn)象4.1 楊一拉普拉斯方程4.1.1 三維彎液面4.1.2 毛細管的靜水平衡4.2 毛細上升高度4.2.1 管內(nèi)毛細上升現(xiàn)象4.2.2 毛細水帶模型4.2.3 理想土的毛細上升現(xiàn)象4.2.4 實際土的毛細上升現(xiàn)象4.3 毛細上升速率4.3.1 從飽和滲透系數(shù)推導的表達式4.3.2 從非飽和滲透系數(shù)推導的表達式4.3.3 試驗驗證4.4 毛細孔徑分布4.4.1 理論基礎4.4.2 孔隙幾何形狀4.4.3 孔徑分布計算步驟4.5 吸應力4.5.1 兩球狀顆粒之間的作用力4.5.2 透鏡形水里的壓力4.5.3 毛細作用產(chǎn)生的有效應力4.5.4 有效應力參數(shù)與含水量的關系本章習題……第Ⅱ部分 應力現(xiàn)象	第Ⅲ部分 流動現(xiàn)象第Ⅳ部分材料變量測量與模擬參考資料索引

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