高等土力學(xué)

前言

　　在工程活動(dòng)中，人類一直在同地表土層打交道，土力學(xué)就是伴隨著工程實(shí)踐發(fā)展起來的一門應(yīng)用力學(xué)分支。但作為獨(dú)立學(xué)科的土力學(xué)卻是一門新學(xué)科，它誕生于1925年并從60年代起進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展階段。該學(xué)科發(fā)展至今，其內(nèi)容已相當(dāng)廣泛，但仍未形成成熟而完整的理論體系。例如，許多理論問題特別是土的本構(gòu)關(guān)系仍處于探索階段；土動(dòng)力學(xué)、土流變學(xué)、可靠性分析、非飽和土力學(xué)等領(lǐng)域的研究不夠普遍和深入；解決實(shí)際問題的能力也很有限，有時(shí)不得不主要憑經(jīng)驗(yàn)行事。可以這樣說，原有的基本問題還沒有很好地解決，實(shí)踐又源源不斷地提出新的土力學(xué)問題，如高土石壩的裂縫問題；深大基坑的變形與穩(wěn)定問題；筏基、箱基和樁基的地基承載力問題；重型廠房和超高層建筑的地基變形問題等等?！　”緯荚趯?duì)高等土力學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)與闡釋。所謂高等土力學(xué)是相對(duì)于初等土力學(xué)而言的。初等土力學(xué)主要包含經(jīng)典土力學(xué)的基本部分，可用于解決飽和土的一些靜力學(xué)問題，而且解決問題所采用的理論和方法都比較簡單。高等土力學(xué)的理論與方法會(huì)更加全面、系統(tǒng)和深刻，尤其包括初等土力學(xué)所不能容納的非飽和土力學(xué)、土動(dòng)力學(xué)、土流變學(xué)以及可靠性分析等復(fù)雜內(nèi)容。很顯然，為了保持學(xué)科理論體系的完整性和系統(tǒng)性，在《高等土力學(xué)》中部分重復(fù)初等土力學(xué)的內(nèi)容是必要的?！　⊥亮W(xué)是為建筑工程、水利工程、交通工程、地下工程、地質(zhì)災(zāi)害防治工程等許多專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科。眾所周知，在不同的領(lǐng)域中，土力學(xué)理論的應(yīng)用可能有明顯的差別，而且與土力學(xué)有關(guān)的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)很多，我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性又較差，將理論與應(yīng)用兼顧起來是有困難的?！陡叩韧亮W(xué)》作為教程應(yīng)具有相對(duì)的穩(wěn)定性和通用性，并反映帶有共性的基本原理和方法。本書重點(diǎn)闡述基本概念、理論和方法，同時(shí)傳遞研究與設(shè)計(jì)中的重要信息；反映國內(nèi)外最新學(xué)術(shù)成就，并指出仍需進(jìn)一步深入研究的問題與方法。編著者的意圖在于使本書既可作為巖土工程、地質(zhì)工程、結(jié)構(gòu)工程、道路與橋隧工程、環(huán)境工程等專業(yè)的研究生教材，也可作為科研人員和工程師的參考書?！　⊥亮W(xué)文獻(xiàn)汗牛充棟，本書只列出權(quán)威性或開創(chuàng)性的文獻(xiàn)。筆者對(duì)被引用文獻(xiàn)的作者或未被引用卻給予啟發(fā)的文獻(xiàn)的作者表示誠摯的謝意。

內(nèi)容概要

　　《高等土力學(xué)》系統(tǒng)、深入地闡述了土力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，內(nèi)容大致分為三個(gè)部分：第一部分介紹土的基本力學(xué)性質(zhì)、強(qiáng)度理論和本構(gòu)理論；第二部分論述土力學(xué)計(jì)算理論與方法，包括土體滲流計(jì)算、土體強(qiáng)度計(jì)算和土體變形計(jì)算；第三部分屬于特種土力學(xué)，即土體動(dòng)力分析、土體流變分析、土體可靠性分析及非飽和土體分析?！　　陡叩韧亮W(xué)》可作為教材，供巖土工程、地質(zhì)工程、結(jié)構(gòu)工程、道路與橋隧工程、環(huán)境工程等專業(yè)的研究生使用，也可作為科研人員和工程師的參考書。

書籍目錄

第1章 基本概念與原理1.1 土體的基本特征1.2 土的組成與結(jié)構(gòu)1.3 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)原理1.4 有效應(yīng)力原理1.5 土力學(xué)的課題1.6 本書內(nèi)容安排第2章 土的基本力學(xué)特性2.1 基本試驗(yàn)資料2.2 土的變形特性2.3 土的強(qiáng)度特性2.4 特殊土的性質(zhì)第3章 土的強(qiáng)度理論3.1 強(qiáng)度條件的形式3.2 經(jīng)典強(qiáng)度理論3.3 廣義強(qiáng)度理論3.4 統(tǒng)一強(qiáng)度理論第4章 土的本構(gòu)理論4.1 線性彈性理論4.2 非線性彈性理論4.3 彈塑性理論框架4.4 經(jīng)典彈塑性理論4.5 單屈服面廣義彈塑性理論4.6 多屈服面廣義彈塑性理論4.7 新型本構(gòu)理論4.8 復(fù)雜因素與模型選擇第5章 土體滲流計(jì)算5.1 土中水的勢(shì)能5.2 土的滲透性5.3 滲流基本方程5.4 勢(shì)流與流網(wǎng)法5.5 滲流有限元計(jì)算5.6 滲透力與滲透變形第6章 土體強(qiáng)度計(jì)算6.1 擋墻極限土壓力6.2 地基極限承載力6.3 土坡穩(wěn)定性分析6.4 滑移線場(chǎng)理論6.5 極限分析理論6.6 有限元強(qiáng)度計(jì)算6.7 強(qiáng)度問題討論第7章 土體變形計(jì)算7.1 土體變形分析方法7.2 彈性力學(xué)公式7.3 基礎(chǔ)最終沉降計(jì)算7.4 一維固結(jié)計(jì)算7.5 擬多維固結(jié)計(jì)算7.6 真多維固結(jié)計(jì)算7.7 總應(yīng)力法變形計(jì)算第8章 土體動(dòng)力分析8.1 動(dòng)力問題與動(dòng)荷載8.2 土的動(dòng)變形特性8.3 土的動(dòng)強(qiáng)度特性8.4 擬靜力分析8.5 總應(yīng)力動(dòng)力分析8.6 有效應(yīng)力動(dòng)力分析第9章 土體流變分析9.1 土的流變特性9.2 線性流變計(jì)算9.3 非線性流變計(jì)算9.4 土體流變與強(qiáng)度問題第10章 土體可靠性分析10.1 土體不確定性與對(duì)策10.2 變量統(tǒng)計(jì)特征與計(jì)算10.3 可靠性分析的水準(zhǔn)10.4 全概率與MonteCarlo法10.5 近似概率法10.6 半概率法與分項(xiàng)系數(shù)10.7 其他有關(guān)問題第11章 非飽和土體分析11.1 非飽和土的概念與問題11.2 非飽和土的力學(xué)特性11.3 非飽和土體滲流計(jì)算11.4 非飽和土體強(qiáng)度計(jì)算11.5 非飽和土體變形計(jì)算參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　談到結(jié)構(gòu)總是想到組成部分及其相互聯(lián)結(jié)。組成部分稱為結(jié)構(gòu)單元，它們是具有一定輪廓界限的受力單元；結(jié)構(gòu)就是指結(jié)構(gòu)單元的大小、形狀、排列與相互聯(lián)結(jié)特征。土的結(jié)構(gòu)單元可以是單粒體，例如粒狀顆粒、片狀顆粒；可以是由黏土顆粒、膠粒狀物質(zhì)和極細(xì)粒狀顆粒聚集而成的聚集體或凝塊；也可以是由單粒體外包裹黏土顆粒而形成的復(fù)合體顆粒。聚集體和復(fù)合體顆?？山y(tǒng)稱為團(tuán)粒?！　〗Y(jié)構(gòu)的定量研究（譚羅榮，1983；薛守義，1984；胡瑞林等，1995）已經(jīng)取得相當(dāng)進(jìn)展。采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可以對(duì)掃描電鏡圖像上的顆粒、孔隙等微結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到顆粒定向度等信息。采用x射線衍射儀也可以測(cè)量顆粒定向度?，F(xiàn)在，利用cT技術(shù)已能夠觀察試樣受力變形過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化，為將微觀結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來創(chuàng)造了良好的條件?！　⊥恋慕Y(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性質(zhì)具有重要影響，原狀試樣與重塑試樣具有不同的力學(xué)性質(zhì)可充分說明這一點(diǎn)，因?yàn)閮烧叩奈镔|(zhì)組成和密實(shí)程度完全相同，力學(xué)性質(zhì)上的差異顯然源于結(jié)構(gòu)上的差異?！　〈至Ｍ辆哂袉瘟＝Y(jié)構(gòu)，呈疏松或緊密狀態(tài)。由于顆粒較大，粒間作用力比重力小得多，所以粗粒土單個(gè)下沉并形成單粒結(jié)構(gòu)，顆粒之間幾乎沒有結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)。研究表明，砂土結(jié)構(gòu)具有各向異性，各向異性的程度取決于顆粒的細(xì)長比（顆粒的長軸與短軸之比）、細(xì)長顆粒含量以及應(yīng)力歷史等。粗粒土密實(shí)度增大時(shí)顆粒擇優(yōu)定向的程度降低。粉粒在水中沉積時(shí)，基本上是以單個(gè)顆粒下沉。當(dāng)碰上已沉積的土粒時(shí)，由于粒間引力大于重力，故土粒就停留在最初的接觸點(diǎn)上不再下沉，形成具有很大孑L隙的蜂窩結(jié)構(gòu)。　　到目前為止，對(duì)黏性土中顆粒間接觸的性質(zhì)并不很清楚。單個(gè)黏粒能夠長期懸浮在水中，故通常是黏粒凝聚成集合體下沉。微觀結(jié)構(gòu)研究表明，黏土片通常是若干個(gè)堆疊在一起形成黏土疇。疇內(nèi)黏土片之間的聯(lián)結(jié)力較弱，但一般不易被分離。疇的尺寸也很小，只有用電子顯微鏡才能清楚地加以觀察。黏土疇的表面也帶有負(fù)電荷，電荷來源于表面幾層黏土片。此外，黏土顆粒通常包裹在粗顆粒的表面。根據(jù)黏土片之間的關(guān)系，可以劃分出兩種典型的結(jié)構(gòu)，即絮凝結(jié)構(gòu)和分散結(jié)構(gòu)。絮凝結(jié)構(gòu)也稱為片架結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是黏土片以邊．面聯(lián)結(jié)，顆粒呈隨機(jī)排列。分散結(jié)構(gòu)也稱為片堆結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是以面一面聯(lián)結(jié)為主，片狀顆粒呈定向排列?！　　?/pre>








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