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第1章 土工试验及测试1

1.1 室内试验1

1.1.1 直剪试验、单剪试验和环剪试验1

1.1.2 侧限压缩试验3

1.1.3 三轴试验3

1.1.4 真三轴试验10

1.1.5 空心圆柱扭剪试验和方向剪切试验12

1.1.6 共振柱试验13

1.2 模型试验14

1.2.1 lg下的模型试验14

1.2.2 ng的模型试验15

1.3 现场测试与原型观测19

1.3.1 平板载荷试验19

1.3.2 静力触探20

1.3.3 动力触探21

1.3.4 十字板剪切试验（VST,vane shear test）22

1.3.5 旁压试验（pressuremeter test）23

1.3.6 螺旋板压缩试验（SPC,screw plate compressometer）和钻孔剪切试验（BST,borehole shear test）23

1.3.7 物探检测25

1.3.8 原型监测25

1.4 试验检验与验证25

1.4.1 对试验的检验25

1.4.2 本构关系模型的验证27

1.4.3 数值计算的检验29

习题与思考题30

参考文献31

第2章 土的本构关系32

2.1 概述32

2.2.1 应力33

2.2 应力和应变33

2.2.2 应变39

2.3 土的应力应变特性41

2.3.1 土应力应变关系的非线性41

2.3.2 土的剪胀性42

2.3.3 土体变形的弹塑性42

2.3.4 土应力应变的各向异性和土的结构性43

2.3.5 土的流变性45

2.3.6 影响土应力应变关系的应力条件45

2.4 土的弹性模型48

2.4.1 概述48

2.4.2 邓肯－张双曲线模型50

2.4.3 K-G模型56

2.4.4 高阶的非线弹性理论模型58

2.5.1 塑性理论在土力学中的应用61

2.5 土的弹塑性模型的一般原理61

2.5.2 屈服准则及屈服面62

2.5.3 流动规则（正交定律）与硬化定律65

2.5.4 弹塑性本构模型的弹塑性模量矩阵的一般表达式67

2.6 剑桥模型（Cam-Clay）69

2.6.1 正常固结粘土的物态边界面69

2.6.2 超固结土和完全的物态边界面71

2.6.3 弹性墙与屈服轨迹74

2.7 莱特－邓肯模型和清华模型80

2.7.1 莱特－邓肯模型80

2.7.2 修正的莱特－邓肯模型83

2.7.3 清华弹塑性模型85

2.8.1 概述89

2.8.2 粗粒土的结构89

2.8 土的结构性及土的损伤模型89

2.8.3 粘土颗粒与水的相互作用——双电层90

2.8.4 粘土颗粒间作用力及粘土的结构92

2.8.5 土的结构性93

2.8.6 损伤理论及其在岩土材料中的应用95

2.8.7 沈珠江结构性粘土的弹塑性损伤模型99

2.9 土的本构关系模型的数学实质及广义位势理论102

2.9.1 土的一般应力应变关系及广义位势理论103

2.9.2 超弹性模型或格林（Green）弹性模型104

2.9.3 柯西（Cauchy）弹性模型105

2.9.4 次弹性模型105

2.9.5 弹塑性模型的塑性位势理论106

2.9.6 相适应与不相适应的流动规则106

2.9.7 多重势面的广义塑性理论107

习题与思考题108

参考文献113

第3章 土的强度114

3.1 概述114

3.2 土的抗剪强度机理116

3.2.1 摩擦强度117

3.2.2 粘聚力121

3.3 影响土强度的内部因素123

3.3.1 影响土强度的因素123

3.3.2影响土强度的一般物理性质124

3.3.3 孔隙比与砂土抗剪强度关系——临界孔隙比126

3.3.4 孔隙比与粘土强度——真强度理论129

3.4 影响土强度的外部因素131

3.4.1 围压σ3的影响131

3.4.2 中主应力σ2的影响133

3.4.3主应力方向的影响——土强度的各向异性135

3.4.4 土的抗剪强度与加载速率的关系138

3.4.5 温度与土强度关系142

3.5 土的排水与不排水强度143

3.5.1 有效应力原理及孔压系数143

3.5.2 砂土的排水强度和不排水强度147

3.5.3 粘土的排水与不排水强度149

3.6 土的强度理论156

3.6.1 概述156

3.6.2 土的经典强度理论157

3.6.3 近代强度理论161

3.6.4 关于强度理论的讨论167

3.7 粘性土的抗拉强度168

3.7.1 实际工程中的拉伸破坏与开裂168

3.7.2 土的抗拉强度的测定169

3.7.3 粘性土的联合强度理论172

习题与思考题174

参考文献180

第4章 土中水与土中的渗流及其计算181

4.1 概述181

4.1.1 岩土中的水及其运动181

4.1.2 渗流的工程意义182

4.1.3 土中水的渗流问题的研究历史182

4.2 土中水的形态及其对土性的影响183

4.2.1 土与水间的物理化学作用、粘土颗粒表面的双电层183

4.2.2 毛细水与土中吸力186

4.2.3 土的冻胀和冻融作用187

4.3 土的渗透性190

4.3.1 土中水的势能190

4.3.2 达西定律的物理意义194

4.3.3 非饱和土的渗透性195

4.3.4 影响土渗透系数的因素197

4.3.5 达西定律的适用范围199

4.4 二维渗流与流网200

4.4.1 二维渗流的基本微分方程200

4.4.2 流网及其应用202

4.5 有关渗流的一些工程问题209

4.5.1 渗透力与渗透变形及其防治209

4.5.2 渗流条件下土坡的稳定212

4.5.3 挡土构造物上的土压力和水压力215

4.5.4 基坑的井点降水218

4.6 渗流的数值计算224

4.6.1 渗流的基本微分方程224

4.6.2 定解条件225

4.6.3 泛函和变分226

4.6.4 渗流有限元计算227

4.6.5 关于渗流自由水位线（浸润线）的确定230

习题与思考题234

参考文献237

第5章 土的压缩与固结238

5.1 概述238

5.2 土的压缩与地基的沉降239

5.2.1 土的压缩239

5.2.2 影响土压缩性的主要因素243

5.2.3 沉降产生原因和类型246

5.2.4 瞬时沉降和次压缩沉降249

5.3 地基沉降计算252

5.3.1 计算方法综述252

5.3.2 单向压缩沉降计算法253

5.3.3 考虑三向变形效应的单向压缩沉降计算法254

5.3.4 三向变形沉降计算法255

5.3.6 应力路径法257

5.3.5 弹性理论法257

5.3.7 剑桥模型法262

5.3.8 曲线拟合法263

5.3.9 现场试验法264

5.3.10 其他方法简述265

5.3.11 对几种沉降计算方法的评述266

5.3.12 堤坝沉降的简化计算267

5.4 单向固结的普遍方程与太沙基固结理论268

5.4.1 单向渗流固结的普遍方程268

5.4.2 太沙基单向固结理论270

5.5 单向固结的复杂情况275

5.5.1 加荷随时间变化275

5.5.2 土层厚度随时间变化279

5.5.3 地基为成层土281

5.5.4 有限应变土层的固结282

5.5.5 固结微分方程的差分解法283

5.6 二向和三向固结290

5.6.1 比奥理论291

5.6.2 太沙基－伦杜立克理论（扩散方程）293

5.6.3 比奥理论和准多维固结理论的比较295

5.6.4 三向固结的轴对称问题——砂井地基的排水固结300

5.7 非饱和土的固结303

5.7.1 非饱和土固结的某些特点303

5.7.2 弗雷德隆德非饱和土单向固结理论304

5.8 固结试验311

5.8.1 几种固结试验方法311

5.8.2 恒应变速率试验法（CRS法）312

5.8.3 控制孔压梯度压缩试验（CGC法）314

习题与思考题318

参考文献322

第6章 土工数值分析（一）：土体稳定的极限平衡和极限分析法323

6.1 概述323

6.2 理论基础——塑性力学的上、下限定理325

6.2.1 理论背景325

6.2.2 塑性力学的上、下限定理326

6.2.3 边坡稳定分析的条分法328

6.3 土体稳定问题的下限解——垂直条分法330

6.3.1 垂直条分法的静力平衡方程及其解330

6.3.2 数值分析方法332

6.3.3 边坡稳定分析的简化方法336

6.3.4 垂直条分法的有关理论问题338

6.3.5 垂直条分法在主动土压力领域中的应用342

6.4.1 求解上限解的基本方程式344

6.4 土体稳定分析的上限解——斜条分法344

6.4.2 上限解和滑移线法的关系346

6.4.3 边坡稳定分析的上限解349

6.4.4 地基承载力的上限解349

6.5 确定临界滑动模式的最优化方法352

6.5.1 确定土体的临界失稳模式的数值分析方法352

6.5.2 单形法354

6.5.3 负梯度法356

6.5.4 随机搜索法356

6.5.5 模拟退火法358

6.5.6 遗传算法359

附录A 程序设计和应用366

参考文献398

7.2 反映静力和流量平衡的微分方程和边界条件400

7.2.1 基本方程式400

7.1 概述400

第7章 土工数值分析（二）：渗流、应力应变和固结的有限元方法400

7.2.2 边界条件402

7.3 变分原理403

7.3.1 固结问题的数学提法403

7.3.2 数学提法的证明404

7.4 有限元解法的基本原理405

7.4.1 离散化405

7.4.2 形函数406

7.4.3 里兹法408

7.4.4 增量表达形式408

7.4.5 将孔隙水压力作为未知量的处理408

7.4.6 将超孔隙水压力作为未知量的处理410

7.5 结构矩阵的形成和计算412

7.5.1 三角形单元412

7.5.2 四节点四边形单元413

7.5.3 八节点四边形单元416

7.5.4 不协调的位移模式419

7.5.5 接触面单元420

7.5.6 结构矩阵421

7.6 比奥理论的简化情况：渗流、总应力、应力变形和太沙基固结计算426

7.6.1 渗流计算426

7.6.2 土体总应力下的应力变形计算427

7.6.3 太沙基单向固结计算428

7.7 例题和实例430

7.7.1 一维固结计算431

7.7.2 二维固结计算431

7.7.3 小浪底大坝斜心墙施工期孔隙水压消散计算433

附录B 第7章的有关知识及规定439

附录C 子程序CAMCLY441

参考文献445