非饱和土力学

在许多国家，涉及非饱和土的工程问题，范围非常广泛。一方面，每年由于膨胀土性状引起的损害所造成的经济损失比任何其它低级破坏事故都大。另一方面，在所有地下埋藏核废料的设计中几乎都采用非饱和土作为隔离材料。因此，从轻型房屋的建造到某些最复杂的近代环保问题，均需要对非饱和土的力学性状有所了解。

出版日期：1997-8

定价：￥58.00 元

土力学是将工程力学同土的性质结合起来的一门学科。这种表达是广义的，可以涵盖各种不同类别的土。土可以是饱和的，孔隙中充满水，也可以是孔隙中还有它种流体（如空气）。经典土力学教科书均以这几种土为主要对象。然而，人们愈来愈认识到，必须将注意力放到更广、更多种类的土上。以某特种土及其有关问题作为主题的学术会议日益增多，便是这一认识的反映。

工程实践中可以遇到多种土，其性状并不符合经典饱和土力学的原理与概念……

土力学方面已经有许多教科书。从内容到编写次序，这些教科书虽然略显差异，但重点均放在土力学原理在涉及饱和土问题中的应用。

地球表面很大一部分是处于干旱或半干旱地带，因而，工程实践中遇到的土有许多是非饱和土。本教科书主要讨论与非饱和土性状有关的土力学问题，更具体地说，也就是讨论土中具有基质吸力或负孔隙水压力的这类土的土力学问题。

产生这类独特的土力学问题，起因于土中存在负的孔隙水压力……

第1章 绪论

1.1 气候的作用

1.2 问题的类型

1.3 非饱和土的典型地质剖面

1.4 非饱和土力学的需要

1.5 本书的内容范围

1.6 非饱和土的相

1.7 术语与定义

1.8 历史发展

第2章 相的性质与关系

2.1 各个相的性质

2.2 空气和水的相互作用

2.3 体积-质量关系

第3章 应力状态变量

3.1 应力状态描述的历史

3.2 非饱和土的应力状态变量

3.3 极限应力状态

3.4 应力状态变量的试验验证

3.5 应力分析

3.6 渗透吸力的作用

第4章 土的吸力测量

4.1 土中吸力的理论

4.2 毛细作用

4.3 总吸力的测量

4.4 基质吸力的测量

4.5 渗透吸力的测量

第5章 流动定律

5.1 水的流动

5.2 空气的流动

5.3 扩散

5.4 流动定律的总结

第6章 渗透性测量

6.1 透水性系数的测量

6.2 透气性系数的测定

6.3 扩散测量

第7章 稳态流

7.1 稳态水流

7.2 稳态空气流

7.3 通过水体的稳态空气扩散

第8章 孔隙压力参数

8.1 孔隙流体的压缩性

8.2 孔隙压力参数的推导

8.3 孔隙压力公式的求解及其试验成果

第9章 抗剪强度理论

9.1 抗剪强度的历史

9.2 非饱和土的破坏包线

9.3 非饱和土的三轴试验

9.4 非饱和土的直剪试验

9.5 应变速率的选择

9.6 多级试验

9.7破坏包线的非线性

9.8 Φb与χ的关系

第10章

10.1 测试特点

10.2 三轴试验方法

10.3 直剪试验方法

10.4 典型试验结果

第11章 塑性与极限平衡

11.1 土压力

11.2 地基承载力

11.3 土坡稳定

第12章

12.1 文献综述

12.2 体积变化和变形的概念

12.3 本构关系

12.4 本构面唯一性的实验验证

12.5 体积变形系数之间的关系

第13章 体积变化指数量测

13.1 文献综述

13.2 试验步骤和设备

第14章 体积变化预测

14.1 文献综述

14.2 过去、当前和将来的应力状态

14.3 隆胀预测理论

14.4 预测和减小隆胀的控制因素

14.5 关于湿陷性土的说明

第15章 一维固结与膨胀

15.1 文献综述

15.2 建立公式所需的物理关系

15.3 固结方程推导

15.4 用有限差分法求解固结方程

15.5 非饱和土的典型固结试验结果

15.6 无量纲固结参数

第16章 二维和三维的非稳定态流以及非等温分析

16.1 非耦合二维公式的建立

16.2 三维固结耦合公式

16.3 非等温流

书名:非饱和土力学（Unsaturated Soil Mechanics）

非饱和土力学 韦昌富作者:（美）卢宁，（美）力科恩　著

译者：韦昌富等

ISBN:9787040343465

出版社:高等教育出版社

页码:403

出版日期:2012-6-1

定价:59.00元

韦昌富，1965年生，博士，研究员。2006年入选中国科学院“百人计划”，并于2008年获得中国科学院“引进海外杰出人才计划”的择优支持。现任职于中国科学院武汉岩土力学研究所，为岩土力学与工程国家点实验室副主任。

长期从事多相孔隙介质理论及其应用方面的研究，在多相孔隙介质连续理论、含天然气水合物沉积物力学特性、非饱和土力学等方面已取得多项重要的研究成果，其中包括：（1）揭示了多相孔隙介质连续理论的Lagrange结构，证明了该类理论与Biot多孔介质理论在一般意义上的等价性，并建立了能够模拟孔隙介质多相、多组分、多场耦合问题的理论框架；（2）奠定了模拟毛细滞后问题的热力学基础，建立实用的毛细循环内变量模型，并提出了能系统地描述非饱和-的弹塑性变形和毛细循环过程耦合效应的本构理论；（3）建立了模拟微观、细观与宏观孔隙流动之间的跨尺度关联效应的理论模型，即多孔介质的非平衡流动理论模型，提出了确定多孔介质局部结构的声波探测技术以及快速确定非饱和水力学参数的有效方法。

发表论文80余篇（被SCI他引70余次），授权专利8项，省部级自然科学一等奖1项（排名第三）。国际土力学学会非饱和土分会理事，中国力学学会岩土力学专业委员会常务委员、中国爆破工程协会理事、湖北省力学学会常务理事，兼《岩土力学学报》编委。

卢宁（Ning Lu）博士，美国科罗拉多矿业大学教授，讲授“非饱和土力学”与“水文学”等课程。研究方向为非饱和土力学，渗流一应力耦合作用及浅层滑坡的监测、分析与预测。他提出的吸应力与统一的有效应力原理，将非饱和土力学与传统的饱和土力学有机地结合在一起，是非饱和土力学领域标志性的成果。他主持研制的“土壤水分特征曲线和渗透系数实验室快速测量仪器”，使得非饱和细粒土脱湿、吸湿参数的测量时间大大缩短，促进了非饱和土力学的发展。他将非饱和土力学理论运用于浅层滑坡的监测和预测中，取得了非常好的效果。他分别于2007年与2010年获美国土木工程师学会Normal Medal奖和J．James Croes Medal奖。William J．Likos博士美国威斯康星大学土木与环境工程系副教授，讲授“土力学”与“土质学”等课程。他曾是美国地质调查局的一名岩土工程师。他发表了多篇与非饱和土、膨胀土相关的论文。他是Geotechnicot Testing Journal主编，美国土木工程师学会、黏土矿物学会会员。他分别于2005年与2007年获美国土木工程师学会Arthur Casagrande奖和Normal Medal奖。

《非饱和土力学》(Unsaturated Soil Mechanics)使用逻辑思维、物理推理与数学推导的方法，采用热力学、力学与水文学中最基本的原理与方法探讨了非饱和土力学的基本原理，阐明了这些基本原理在非饱和土中应力与流动现象中的应用，论述和评价了描述应力与流动现象的状态变量和材料变量的常用的测量与模拟技术。

本书将微观物理原理与宏观热力学理论结合起来，论述非饱和土的孔隙持水特性与应力状态。本书使用大量的实例，深入浅出地论述了非饱和土力学突飞猛进的研究进展，包括有效应力的适用性、液体和气体流动、基质吸力和渗透系数的测量技术等。

本书是土木工程、环境工程、土壤学、地下水动力学、地球科学等领域中学生难得的教科书，也是专业岩土工程师、土壤学者、地质工作者、结构工程师非常有价值的参考书。

韦昌富 译

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绪论

第1章 非饱和土状态

1.1 非饱和土现象

1.1.1 非饱和土力学的定义

1.1.2 非饱和土力学的跨学科属性

1.1.3 非饱和土现象的分类

1.2 本书内容与撰写结构

1.2.1 章节结构

1.2.2 “岩土力学”与“环境岩土工程”课程内容选学建议

1.3 大自然与工程中的非饱和土

1.3.1 水循环中的非饱和土

1.3.2 全球化的气候因素

1.3.3 非饱和带与土的形成

1.3.4 工程实践中的非饱和土

1.4 含水量、孔隙压力与应力的垂直分布

1.4.1 非饱和状态下的应力

1.4.2 饱和土含水量与应力的垂直分布：概念性图示

1.4.3 非饱和土含水量与应力的垂直分布：概念性图示

1.4.4 应力分析方法

1.5 状态变量、材料变量与本构定律

1.5.1 现象预测

1.5.2 状态变量——水头

1.5.3 状态变量——有效应力

1.5.4 状态变量——净法向应力

1.6 土中水的吸力与势能

1.6.1 土体总吸力

1.6.2 孔隙水势能

1.6.3 土体吸力单位

1.6.4 吸力形式与土-水特征曲线

本章习题

第I部分 基本原理

第2章 材料变量

2.1 气体和水的物理性质

2.1.1 非饱和土的多相体系

2.1.2 干燥空气的密度

2.1.3 水的密度

2.1.4 气体和水的黏滞性

2.1.5 流动方式

2.2 分压力与相对湿度

2.2.1 非饱和土力学中的相对湿度

2.2.2 气体组分与分压力

2.2.3 自由水与气体的平衡

2.2.4 孔隙水与气体的平衡

2.2.5 相对湿度

2.2.6 露点

2.3 潮湿气体的密度

2.3.1 水蒸气对空气密度的影响

2.3.2 潮湿空气密度公式

2.4 表面张力

2.4.1 表面张力的来源

2.4.2 穿过水一气交界面产生的压降

2.5 水的空化

2.5.1 空化与沸腾

2.5.2 静态大气压力

2.5.3 空化压力

本章习题

第3章 相界面平衡

3.1 气体在水中的溶解度

3.1.1 亨利定律

3.1.2 温度相关性

3.1.3 体积溶解系数

3.1.4亨利定律常数与体积溶解系数

3.1.5 蒸汽作用的修正

3.1.6 质量溶解系数

3.2 气体一水一固体交界面

3.2.1 两个水滴之间的平衡

3.2.2 气体一水一固体交界面的平衡

3.2.3 接触角

3.2.4 非饱和土中的气体-水-固体交界面

3.3 蒸汽压降低效应

3.3.1 开尔文公式的意义

3.3.2 开尔文公式的推导

3.3.3 毛细冷凝

3.4 土-水特征曲线

3.4.1 土体吸力与土中水

3.4.2 毛细管模型

3.4.3 接触球模型

3.4.4 小结

本章习题

第4章 毛细现象

4.1 杨一拉普拉斯方程

4.1.1 三维弯液面

4.1.2 毛细管的静水平衡

4.2 毛细上升高度

4.2.1 管内毛细上升现象

4.2.2 毛细水带模型

4.2.3 理想土的毛细上升现象

4.2.4 实际土的毛细上升现象

4.3 毛细上升速率

4.3.1 从饱和渗透系数推导的表达式

4.3.2 从非饱和渗透系数推导的表达式

4.3.3 试验验证

4.4 毛细孔径分布

4.4.1 理论基础

4.4.2 孔隙几何形状

4.4.3 孔径分布计算步骤

4.5 吸应力

4.5.1 两球状颗粒之间的作用力

4.5.2 透镜形水里的压力

4.5.3 毛细作用产生的有效应力

4.5.4 有效应力参数与含水量的关系

本章习题

……

第Ⅱ部分 应力现象

第Ⅲ部分 流动现象

第Ⅳ部分材料变量测量与模拟

参考资料

索引