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第1篇 胶凝材料及其复合材料 2

第1章 气硬性胶凝材料 2

1.1 石灰胶凝材料 2

1.1.1 生石灰的结构特性与活性 3

1.1.2 生石灰的水化反应 5

1.1.3 生石灰水化时的体积变化 6

1.1.4 石灰在水作用下的分散与浆体结构形成过程 8

1.1.5 石灰浆体的硬化 10

1.1.6 石灰产品的性能特点及应用 10

1.2 石膏胶凝材料 11

1.2.1 石膏的脱水相组成 11

1.2.2 建筑石膏的水化与凝结硬化 14

1.2.3 石膏胶凝材料的性能及用途 17

第2章 水泥 19

2.1 概述 19

2.2 硅酸盐水泥熟料矿物的结构与胶凝性能的关系 20

2.2.1 硅酸盐水泥熟料的矿物组成 20

2.2.2 水泥熟料矿物的结构特征 21

2.2.3 水泥熟料矿物水化反应能力的热力学判断 22

2.2.4 水泥熟料矿物具有胶凝能力的本质与条件 22

2.3 硅酸盐水泥的水化反应及机理 22

2.3.1 水泥熟料矿物的水化作用 23

2.3.2 硅酸盐水泥的水化作用 26

2.3.3 水泥的水化速度及其影响因素 27

2.3.4 硅酸盐水泥的水化机理 29

2.4 水泥浆体的凝结硬化及结构形成过程 31

2.4.1 水泥的凝结硬化理论 31

2.4.2 水泥浆体的结构及形成过程 33

2.5 新拌水泥浆的物理特性及流变性质 35

2.5.1 水泥浆中水的作用及泌水性 35

2.5.2 水泥浆的流变特性 37

2.6 硅酸盐水泥硬化体（水泥石）的结构 41

2.6.1 水泥石中水化产物的组成结构与粒子形态 41

2.6.2 水泥石的孔结构 43

2.6.3 水泥石中的水及其形态 46

2.7 硅酸盐水泥的工程性质 49

2.7.1 水泥石的强度 49

2.7.2 水泥石的变形性质 52

2.7.3 水泥石的耐久性 55

2.7.4 硅酸盐水泥的技术性质、性能特点及应用 59

2.8 其他水泥品种 61

2.8.1 通用硅酸盐水泥的其他品种 61

2.8.2 铝酸盐水泥 65

2.8.3 道路硅酸盐水泥 67

第3章 水泥基复合材料 70

3.1 水泥混凝土的组成材料 70

3.1.1 胶凝材料 71

3.1.2 集料（骨料） 74

3.1.3 混凝土外加剂 75

3.2 混凝土拌和物的性质 76

3.2.1 混凝土拌和物的流变特性 76

3.2.2 混凝土拌和物的工作性 78

3.2.3 混凝土拌和物的泌水性 83

3.3 混凝土的结构 84

3.3.1 混凝土的宏观堆聚结构 85

3.3.2 硬化水泥浆体的微结构 86

3.3.3 水泥石与集料的界面过渡层 87

3.4 混凝土的物理性质 87

3.4.1 混凝土的密实度 87

3.4.2 非荷载因素引起的变形 88

3.4.3 混凝土的热工性质 90

3.5 混凝土的力学性质 91

3.5.1 混凝土的强度 91

3.5.2 影响混凝土强度的因素 93

3.5.3 混凝土破坏机理及强度理论 96

3.5.4 荷载作用下的变形性质 98

3.6 混凝土的耐久性 101

3.6.1 混凝土的抗冻性 101

3.6.2 混凝土的碳化 103

3.6.3 混凝土的碱—集料反应 105

3.6.4 混凝土的耐磨性 107

3.7 纤维增强水泥基复合材料 107

3.7.1 概述 107

3.7.2 纤维材料 108

3.7.3 纤维增强水泥基复合材料的阻裂机理 109

3.7.4 纤维增强水泥基复合材料性能的评价方法 110

3.7.5 纤维增强水泥基复合材料性能特点与工程应用 110

3.8 聚合物水泥基复合材料 111

3.8.1 概述 111

3.8.2 聚合物改性混凝土（PMC） 111

第4章 沥青 116

4.1 概述 116

4.1.1 沥青的定义、分类与用途 116

4.1.2 石油沥青的生产工艺 117

4.1.3 沥青的元素组成 118

4.1.4 石油沥青的化学组分 119

4.1.5 石油沥青的胶体结构 121

4.2 石油沥青的技术性质 122

4.2.1 沥青的黏度 123

4.2.2 沥青的延性和脆性 126

4.2.3 沥青的感温性 126

4.2.4 耐久性 127

4.2.5 安全性 129

4.3 道路石油沥青评价方法 130

4.3.1 我国现行的沥青评价指标体系 130

4.3.2 SHRP沥青胶结料评价方法 130

4.4 改性沥青 136

4.4.1 改性剂及其分类 137

4.4.2 改性剂与沥青的相容性及改性机理 138

4.4.3 改性沥青的生产和技术标准 140

4.5 沥青材料的流变学性质 144

4.5.1 表征沥青材料流变性质的常用模型 144

4.5.2 沥青材料的流变性质 146

第5章 沥青混合料 148

5.1 集料与级配 148

5.1.1 集料的一致特性 148

5.1.2 沥青路面集料质量控制 150

5.1.3 级配设计 155

5.2 混合料组成设计 161

5.2.1 沥青混合料的综合设计方法 161

5.2.2 Superpave沥青混合料设计方法 164

5.2.3 美国旋转压实剪切试验机设计法 164

5.3 黏弹性力学行为 165

5.3.1 沥青混合料的黏弹性特性 165

5.3.2 蠕变函数和松弛函数 167

5.3.3 时间—温度等效原理及其应用 168

5.4 高温稳定性 171

5.4.1 高温病害形式 171

5.4.2 车辙形成机理 172

5.4.3 车辙影响因素 173

5.4.4 高温稳定性评价方法 176

5.4.5 车辙预估模型 179

5.5 低温抗裂性 180

5.5.1 低温开裂机理 181

5.5.2 低温抗裂性评价方法 182

5.5.3 低温开裂的影响因素及控制措施 184

5.6 水稳定性 186

5.6.1 沥青混合料水损害机理 186

5.6.2 水稳定性评价方法 189

5.6.3 水稳定性的影响因素 191

5.7 抗疲劳性能 193

5.7.1 疲劳试验方法 194

5.7.2 疲劳寿命影响因素 195

5.7.3 疲劳寿命预估模型 198

5.8 新型沥青混凝土及路面再生技术 200

5.8.1 浇筑式沥青混凝土 200

5.8.2 环氧沥青混凝土 201

5.8.3 排水性沥青混凝土 202

5.8.4 路面再生技术 204

第1篇 参考文献 208

第2篇 高等土力学 211

第6章 土的本构关系 211

6.1 概述 211

6.1.1 引言 211

6.1.2 土体本构关系的发展 212

6.2 土的变形特性 213

6.2.1 非线性和非弹性 213

6.2.2 塑性体积应变和剪胀性 213

6.2.3 塑性剪应变 215

6.2.4 硬化与软化 216

6.2.5 应力路径和应力历史对变形的影响 217

6.2.6 固结压力对变形的影响 218

6.2.7 中主应力对变形的影响 219

6.2.8 各向异性 220

6.3 弹性非线性模型 221

6.3.1 弹性参数的确定 222

6.3.2 双曲线模型（E-v模型和E-B模型） 225

6.3.3 非线性K-G模型 233

6.4 弹塑性模型 234

6.4.1 破坏准则 234

6.4.2 屈服准则 237

6.4.3 硬化规律 238

6.4.4 流动法则 240

6.4.5 弹塑性矩阵 243

6.4.6 弹塑性模型举例 246

6.5 土与结构接触面模型 254

6.5.1 无厚度接触面单元模型 254

6.5.2 有厚度接触面单元模型 257

6.5.3 接触面本构模型 260

6.6 其他模型 262

6.6.1 黏弹塑性模型 262

6.6.2 土的结构性及土的损伤模型 263

第7章 土的固结与流变理论 272

7.1 概述 272

7.1.1 固结理论研究进展 272

7.1.2 影响土压缩性的主要因素 274

7.1.3 研究固结问题所需的基本方程 275

7.2 单向固结的普遍方程与太沙基理论 277

7.2.1 单向固结的普遍方程 277

7.2.2 太沙基单向固结理论 279

7.3 太沙基—伦杜立克准三维固结理论 284

7.4 三向固结轴对称问题—砂井地基固结理论 285

7.5 比奥固结理论 287

7.5.1 比奥固结理论方程 288

7.5.2 比奥固结理论与准三维固结理论的比较 291

7.5.3 比奥固结有限元支配方程及其应用 292

7.6 土的大变形固结理论 294

7.6.1 产生背景及必要性 294

7.6.2 研究现状及发展前景 294

7.6.3 基本理论 295

7.6.4 固结方程 296

7.6.5 固结方程的解法 298

7.7 土的动力固结理论 300

7.7.1 动力夯实 301

7.7.2 动力固结 301

7.8 土的流变理论 303

7.8.1 土的流变性 303

7.8.2 基本流变元件 305

7.8.3 土的流变模型 306

第8章 土的动力特性与动力分析 315

8.1 概述 315

8.2 砂土振动液化 316

8.2.1 砂土振动液化机理 316

8.2.2 影响砂土液化的主要因素 317

8.2.3 饱和砂土的液化可能性判别 318

8.3 动荷载下土的强度特性 320

8.3.1 动荷载加荷幅值对土动强度的影响 320

8.3.2 动荷载加荷周数对土动强度的影响 321

8.3.3 静力初始剪应力对土动强度的影响 321

8.4 土的动本构关系 322

8.4.1 动载作用下的变形阶段划分 322

8.4.2 土的应力应变滞回圈与骨架曲线 323

8.4.3 土的主要动力特征参数 323

8.4.4 影响土的动剪切模量与阻尼特性的主要因素 324

8.4.5 土的动弹塑性模型 325

8.4.6 等效非线性黏弹性模型 327

第9章 高等土工试验及测试 329

9.1 特殊土无侧限抗压强度试验 329

9.1.1 水泥土无侧限抗压强度试验 329

9.1.2 人工冻土单轴抗压强度及蠕变试验 331

9.2 土的三轴试验 337

9.2.1 常规三轴压缩试验 337

9.2.2 GDS静动三轴试验 344

9.2.3 冻土静动三轴试验 348

9.3 人工冻土冻胀融沉试验 349

9.3.1 试验设备和试样制作 350

9.3.2 试验原理 350

9.3.3 试验步骤 350

9.3.4 结果整理 351

9.4 土与结构接触面剪切试验 352

9.4.1 常规土与结构接触面循环加载剪切试验 352

9.4.2 冻土与结构接触面循环加载剪切试验 353

第2篇 参考文献 357

第3篇 土木工程数值计算 359

第10章 数值计算方法概述 359

10.1 力学分析方法概述 359

10.1.1 解析法 359

10.1.2 实验法 359

10.1.3 数值计算法 360

10.2 常见的平衡问题数值计算方法 360

10.2.1 变分法 360

10.2.2 有限差分法 361

10.2.3 有限元法 362

10.2.4 边界元法 363

10.2.5 关键块体理论 364

10.2.6 数值流形方法 364

10.2.7 无单元法 365

10.2.8 广义有限元法 366

10.3 现代CAE技术 366

10.3.1 CAE技术概述 366

10.3.2 CAE技术的发展趋势 366

10.3.3 CAE分析的步骤 367

10.4 主要的CAE软件介绍 367

10.4.1 ANSYS 368

10.4.2 ABAQUS 368

10.4.3 FLAC 368

第11章 有限元数值计算理论 371

11.1 有限元数值分析的基本原理 371

11.1.1 有限元数值分析的概念和简介 371

11.1.2 有限元数值分析的基本过程 373

11.1.3 岩土工程问题常见的几种单元 378

11.2 有限元数值计算理论依据 385

11.2.1 位移变分方程 386

11.2.2 最小势能原理 386

11.2.3 虚功方程（原理） 387

11.2.4 单元刚度矩阵与整体刚度矩阵 388

11.3 线性与非线性有限元的数值求解方法 389

11.3.1 线性方程组的求解 390

11.3.2 工程中的非线性问题及特点 391

11.3.3 非线性方程组的求解 392

第12章 土木工程有限元分析法 396

12.1 结构局部与整体稳定问题分析 396

12.1.1 结构屈曲基本原理及分类 396

12.1.2 结构稳定问题的计算方法 397

12.1.3 有限元求解结构屈曲的基本方法 398

12.1.4 非线性屈曲分析的具体注意事项 399

12.2 岩土工程问题稳定性数值分析方法 400

12.2.1 圆弧法计算原理 401

12.2.2 条分法计算原理 402

12.2.3 毕肖普法计算原理 403

12.3 动力学问题的基本方程与求解方法 404

12.3.1 动力学问题概述 404

12.3.2 振动问题与波动问题 406

12.3.3 结构动力学及有限元方程 407

12.3.4 结构整体力学有限元方程 408

12.3.5 单元质量矩阵和阻尼矩阵的表达式 409

第13章 ANSYS及工程应用 412

13.1 ANSYS简介 412

13.1.1 有限元软件ANSYS发展概况 412

13.1.2 ANSYS软件特点 413

13.2 APDL及土木工程常用单元 414

13.2.1 APDL简介 414

13.2.2 土木工程常用单元 420

13.3 ANSYS的分析过程 421

13.3.1 前处理 421

13.3.2 加载求解 421

13.3.3 后处理 422

13.3.4 应用举例 423

13.4 工程应用实例分析 432

13.4.1 钢筋混凝土结构有限元模型建立 432

13.4.2 钢筋锈蚀引起的混凝土结构物理场模拟 437

第14章 ABAQUS及工程应用 445

14.1 有限元软件ABAQUS简介 445

14.1.1 ABAQUS软件 445

14.1.2 ABAQUS产品的组成 446

14.2 ABAQUS常用单元 447

14.2.1 有限单元 448

14.2.2 刚性体 456

14.2.3 实体单元的使用 459

14.2.4 网格划分技术 466

14.3 ABAQUS的分析流程 471

14.3.1 ABAQUS/CAE的组成（Components） 471

14.3.2 ABAQUS/CAE中的分析模块（Modules） 473

14.3.3 ABAQUS/CAE中的常用工具（Tools） 477

14.3.4 ABAQUS分析模型的组成 492

14.4 工程应用实例分析 493

14.4.1 路面结构裂缝静态响应的实例分析 493

14.4.2 路面结构裂缝动态响应的实例分析 497

第15章 FLAC及在土木工程应用 514

15.1 有限差分软件FLAC简介 514

15.2 FLAC理论背景 514

15.2.1 有限差分法 515

15.2.2 混合离散法 515

15.2.3 材料本构模型 516

15.2.4 本构模型的选择 517

15.3 FLAC的安装与启动过程 519

15.3.1 软件安装电脑硬件要求 519

15.3.2 安装的一般程序 519

15.4 FLAC常用单元 521

15.4.1 FLAC主要功能模块 521

15.4.2 结构单元概述 524

15.5 FLAC分析过程 532

15.5.1 FLAC2D使用界面介绍 533

15.5.2 网格和节点 534

15.5.3 FLAC3D使用界面介绍 535

15.6 一个简单的实例 538

15.6.1 问题描述 538

15.6.2 启动 FLAC 539

15.6.3 建立网格 539

15.6.4 定义材料 540

15.6.5 定义边界条件 541

15.6.6 重力设置 542

15.6.7 初始应力计算 542

15.6.8 保存状态文件 543

15.6.9 查看初始应力计算结果 543

15.6.10 查看最大不平衡力 545

15.6.11 实际开挖 546

15.6.12 设置历史变量 547

15.6.13 开挖计算并保存 548

15.6.14 后处理 548

15.7 盾构开挖对软黏土地层的扰动模拟 550

15.7.1 概述 550

15.7.2 问题的描述 551

15.7.3 FLAC3D模拟隧道开挖中若干问题的解决 552

15.7.4 计算文件 557

15.7.5 计算结果分析 562

第3篇 参考文献 566