非飽和土力學

在許多國家，涉及非飽和土的工程問題，範圍非常廣泛。一方面，每年由於膨脹土性狀引起的損害所造成的經濟損失比任何其它低級破壞事故都大。另一方面，在所有地下埋藏核廢料的設計中幾乎都採用非飽和土作為隔離材料。因此，從輕型房屋的建造到某些最複雜的近代環保問題，均需要對非飽和土的力學性狀有所了解。

出版日期：1997-8

定價：￥58.00 元

土力學是將工程力學同土的性質結合起來的一門學科。這種表達是廣義的，可以涵蓋各種不同類別的土。土可以是飽和的，孔隙中充滿水，也可以是孔隙中還有它種流體（如空氣）。經典土力學教科書均以這幾種土為主要對象。然而，人們愈來愈認識到，必須將注意力放到更廣、更多種類的土上。以某特種土及其有關問題作為主題的學術會議日益增多，便是這一認識的反映。

工程實踐中可以遇到多種土，其性狀並不符合經典飽和土力學的原理與概念……

土力學方面已經有許多教科書。從內容到編寫次序，這些教科書雖然略顯差異，但重點均放在土力學原理在涉及飽和土問題中的應用。

地球表面很大一部分是處於乾旱或半乾旱地帶，因而，工程實踐中遇到的土有許多是非飽和土。本教科書主要討論與非飽和土性狀有關的土力學問題，更具體地說，也就是討論土中具有基質吸力或負孔隙水壓力的這類土的土力學問題。

產生這類獨特的土力學問題，起因於土中存在負的孔隙水壓力……

第1章 緒論

1.1 氣候的作用

1.2 問題的類型

1.3 非飽和土的典型地質剖面

1.4 非飽和土力學的需要

1.5 本書的內容範圍

1.6 非飽和土的相

1.7 術語與定義

1.8 歷史發展

第2章 相的性質與關係

2.1 各個相的性質

2.2 空氣和水的相互作用

2.3 體積-質量關係

第3章 應力狀態變數

3.1 應力狀態描述的歷史

3.2 非飽和土的應力狀態變數

3.3 極限應力狀態

3.4 應力狀態變數的試驗驗證

3.5 應力分析

3.6 滲透吸力的作用

第4章 土的吸力測量

4.1 土中吸力的理論

4.2 毛細作用

4.3 總吸力的測量

4.4 基質吸力的測量

4.5 滲透吸力的測量

第5章 流動定律

5.1 水的流動

5.2 空氣的流動

5.3 擴散

5.4 流動定律的總結

第6章 滲透性測量

6.1 透水性係數的測量

6.2 透氣性係數的測定

6.3 擴散測量

第7章 穩態流

7.1 穩態水流

7.2 穩態空氣流

7.3 通過水體的穩態空氣擴散

第8章 孔隙壓力參數

8.1 孔隙流體的壓縮性

8.2 孔隙壓力參數的推導

8.3 孔隙壓力公式的求解及其試驗成果

第9章 抗剪強度理論

9.1 抗剪強度的歷史

9.2 非飽和土的破壞包線

9.3 非飽和土的三軸試驗

9.4 非飽和土的直剪試驗

9.5 應變速率的選擇

9.6 多級試驗

9.7破壞包線的非線性

9.8 Φb與χ的關係

第10章

10.1 測試特點

10.2 三軸試驗方法

10.3 直剪試驗方法

10.4 典型試驗結果

第11章 塑性與極限平衡

11.1 土壓力

11.2 地基承載力

11.3 土坡穩定

第12章

12.1 文獻綜述

12.2 體積變化和變形的概念

12.3 本構關係

12.4 本構面唯一性的實驗驗證

12.5 體積變形係數之間的關係

第13章 體積變化指數量測

13.1 文獻綜述

13.2 試驗步驟和設備

第14章 體積變化預測

14.1 文獻綜述

14.2 過去、當前和將來的應力狀態

14.3 隆脹預測理論

14.4 預測和減小隆脹的控制因素

14.5 關於濕陷性土的說明

第15章 一維固結與膨脹

15.1 文獻綜述

15.2 建立公式所需的物理關係

15.3 固結方程推導

15.4 用有限差分法求解固結方程

15.5 非飽和土的典型固結試驗結果

15.6 無量綱固結參數

第16章 二維和三維的非穩定態流以及非等溫分析

16.1 非耦合二維公式的建立

16.2 三維固結耦合公式

16.3 非等溫流

書名：非飽和土力學（Unsaturated Soil Mechanics）

作者:（美）盧寧，（美）力科恩　著

譯者：韋昌富 等

ISBN:9787040343465

出版社:高等教育出版社

頁碼:403

出版日期:2012-6-1

定價:59.00元

韋昌富，1965年生，博士，研究員。2006年入選中國科學院“百人計劃”，並於2008年獲得中國科學院“引進海外傑出人才計劃”的擇優支持。現任職於中國科學院武漢岩土力學研究所，為岩土力學與工程國家點實驗室副主任。

長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，並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內變數模型，並提出了能系統地描述非飽和-的彈塑性變形和毛細循環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的有效方法。

發表論文80餘篇（被SCI他引70餘次），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，中國力學學會岩土力學專業委員會常務委員、中國爆破工程協會理事、湖北省力學學會常務理事，兼《岩土力學學報》編委。

盧寧（Ning Lu）博士，美國科羅拉多礦業大學教授，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測、分析與預測。他提出的吸應力與統一的有效應力原理，將非飽和土力學與傳統的飽和土力學有機地結合在一起，是非飽和土力學領域標誌性的成果。他主持研製的“土壤水分特徵曲線和滲透係數實驗室快速測量儀器”，使得非飽和細粒土脫濕、吸濕參數的測量時間大大縮短，促進了非飽和土力學的發展。他將非飽和土力學理論運用於淺層滑坡的監測和預測中，取得了非常好的效果。他分別於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。他曾是美國地質調查局的一名岩土工程師。他發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。他分別於2005年與2007年獲美國土木工程師學會Arthur Casagrande獎和Normal Medal獎。

《非飽和土力學》(Unsaturated Soil Mechanics)使用邏輯思維、物理推理與數學推導的方法，採用熱力學、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象中的應用，論述和評價了描述應力與流動現象的狀態變數和材料變數的常用的測量與模擬技術。

本書將微觀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。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、基質吸力和滲透係數的測量技術等。

本書是土木工程、環境工程、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，也是專業岩土工程師、土壤學者、地質工作者、結構工程師非常有價值的參考書。

相關符號及單位

緒論

第1章 非飽和土狀態

1.1 非飽和土現象

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 非飽和土現象的分類

1.2 本書內容與撰寫結構

1.2.1 章節結構

1.2.2 “岩土力學”與“環境岩土工程”課程內容選學建議

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佈

1.4.1 非飽和狀態下的應力

1.4.2 飽和土含水量與應力的垂直分佈：概念性圖示

1.4.3 非飽和土含水量與應力的垂直分佈：概念性圖示

1.4.4 應力分析方法

1.5 狀態變數、材料變數與本構定律

1.5.1 現象預測

1.5.2 狀態變數——水頭

1.5.3 狀態變數——有效應力

1.5.4 狀態變數——凈法嚮應力

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-水特徵曲線

本章習題

第I部分 基本原理

第2章 材料變數

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 乾燥空氣的密度

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生的壓降

2.5 水的空化

2.5.1 空化與沸騰

2.5.2 靜態大氣壓力

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 體積溶解係數

3.1.4 亨利定律常數與體積溶解係數

3.1.5 蒸汽作用的修正

3.1.6 質量溶解係數

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-水特徵曲線

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 管內毛細上升現象

4.2.2 毛細水帶模型

4.2.3 理想土的毛細上升現象

4.2.4 實際土的毛細上升現象

4.3 毛細上升速率

4.3.1 從飽和滲透係數推導的表達式

4.3.2 從非飽和滲透係數推導的表達式

4.3.3 試驗驗證

4.4 毛細孔徑分佈

4.4.1 理論基礎

4.4.2 孔隙幾何形狀

4.4.3 孔徑分佈計算步驟

4.5 吸應力

4.5.1 兩球狀顆粒之間的作用力

4.5.2 透鏡形水裡的壓力

4.5.3 毛細作用產生的有效應力

4.5.4 有效應力參數與含水量的關係

本章習題

……

第Ⅱ部分 應力現象

第Ⅲ部分 流動現象

第Ⅳ部分材料變數測量與模擬

參考資料

索引