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第1章 导言 1

1.1热力学的发展 1

1.2热力学在土力学中的应用 2

上篇 热力学基础理论 7

第2章 平衡态热力学基础 7

2.1热力学系统与过程 7

2.1.1系统与环境 7

2.1.2系统的描述 9

2.1.3准静态过程 9

2.1.4可逆过程与不可逆过程 11

2.2温度与热力学第零定律 12

2.3能量守恒与热力学第一定律 13

2.3.1功与热 13

2.3.2内能 14

2.3.3热力学第一定律 14

2.4热力学第二定律与熵 15

2.4.1热力学第二定律 15

2.4.2熵 16

2.5热力学的状态函数 17

2.5.1焓 17

2.5.2Helmholtz自由能 18

2.5.3Gibbs自由能 18

2.5.4Legendre变换 19

2.6运动学基础 21

2.6.1两种描述方法 21

2.6.2速度 22

2.6.3物质导数 23

2.7平衡方程 23

2.7.1一般方程 23

2.7.2质量守恒方程 24

2.7.3动量守恒方程 25

2.7.4能量守恒方程 26

2.7.5熵的守恒方程 27

2.8本章小结 28

第3章 非平衡态热力学基础 29

3.1热力学发展的三个阶段 29

3.2线性非平衡态热力学理论 30

3.2.1局部平衡假设 31

3.2.2基本方程和熵增表达式 31

3.2.3唯象定律 34

3.2.4线性非平衡态热力学的应用 37

3.3经典非平衡态热力学的发展 39

3.3.1广延非平衡态热力学 39

3.3.2理性热力学 40

3.3.3内变量热力学 41

3.3.4非线性非平衡态热力学与耗散结构 42

3.4最大耗散率原理 43

3.4.1耗散函数和耗散势 43

3.4.2热力学极值定理 45

3.4.3正交条件 49

3.5本章小结 50

第4章 内变量热力学理论建立本构方程的基本思想 51

4.1内变量热力学理论简介 51

4.1.1内变量 51

4.1.2局部伴随状态 54

4.1.3热力学第二定律对本构方程的限制 55

4.2弹性本构理论 56

4.3屈服面的确定 58

4.3.1广义耗散应力 58

4.3.2耗散空间中的屈服面 59

4.3.3真实应力空间中的屈服面 59

4.4本构方程 60

4.5内变量理论建立材料方程举例 62

4.5.1算例1 62

4.5.2算例2 63

4.6本章小结 64

第5章 多孔介质理论 65

5.1混合物理论 66

5.1.1混合物理论的发展 66

5.1.2复合混合物理论 69

5.2平均化方法 71

5.2.1表征体元 72

5.2.2平均体积和平均面积 73

5.2.3平均化算子 75

5.2.4平均化定理 76

5.2.5宏观量的获取 77

5.2.6一般方程的平均化 77

5.3多孔介质的宏观平衡方程 80

5.3.1质量平衡方程 80

5.3.2动量平衡方程 80

5.3.3能量平衡方程 81

5.3.4熵平衡方程 83

5.4本章小结 84

下篇 理性土力学 87

第6章 土的基本方程 87

6.1平衡方程 87

6.1.1质量平衡方程 88

6.1.2线动量平衡方程 89

6.1.3能量平衡方程 89

6.1.4熵平衡方程 90

6.2本构假定 92

6.3热动力学第二定律约束 94

6.4平衡状态的限制 97

6.5近平衡态过程 99

6.5.1耦合理论框架的建立 99

6.5.2线性假设 100

6.5.3非线性关系 101

6.6本章小结 103

第7章 土力学理论的热力学基础 104

7.1非饱和土变形功的表达式 104

7.2有效应力原理 108

7.2.1饱和土的有效应力原理 108

7.2.2非饱和土有效应力的发展 111

7.2.3从功的表达式确定有效应力 115

7.2.4平均土骨架应力的推导 117

7.2.5非饱和土有效应力原理的讨论 124

7.3土体弹塑性理论的热力学基础 127

7.3.1土体的变形特性 128

7.3.2经典塑性理论 128

7.3.3土的弹性模型 132

7.3.4应变增量与背应力 135

7.3.5耗散势与屈服函数 137

7.3.6硬化法则 140

7.3.7流动法则与一致性条件 143

7.3.8临界状态理论 146

7.4土水特征曲线 150

7.4.1土水特征曲线简介 150

7.4.2热力学描述 152

7.4.3土水特征曲线的边界面模型 153

7.5本章小结 155

第8章 非饱和土多场耦合过程的数学模型 157

8.1自由能函数和耗散函数的选取 157

8.1.1自由能函数的选取 157

8.1.2耗散函数的选取 160

8.2考虑变形-渗流-传热耦合的非饱和土本构关系 163

8.2.1描述变形的本构方程 163

8.2.2描述系统熵变化的本构方程 164

8.2.3描述渗流的本构方程 165

8.2.4描述热传导的本构方程 166

8.2.5描述流-固界面动力相容条件的本构方程 166

8.3闭合的场方程系统 166

8.3.1质量守恒方程 166

8.3.2动量守恒方程——固相力学平衡方程 168

8.3.3能量守恒方程——热传导方程 168

8.4本章小结 169

第9章 土体本构模型的框架 170

9.1热力学方法建模的基本思想 170

9.2应力状态变量的选择 171

9.3弹性增量关系 172

9.3.1固相 172

9.3.2液相 173

9.3.3气相 173

9.3.4弹性方程 174

9.4耗散势与屈服面 174

9.4.1耗散势函数 174

9.4.2屈服面方程 175

9.4.3线性化 176

9.5本构方程 177

9.5.1固相的本构方程 177

9.5.2液相的本构方程 179

9.5.3气相的本构方程 181

9.6非饱和土增量本构方程 182

9.7本章小结 183

第10章 非饱和土本构模型 185

10.1非饱和土本构模型发展 185

10.1.1基于净应力和基质吸力建立的弹塑性模型 185

10.1.2基于Bishop应力和基质吸力建立的弹塑性模型 186

10.1.3热力学和多孔介质理论在本构建模中的应用 188

10.2水力-力学耦合弹塑性模型 189

10.2.1本构模型建立 189

10.2.2土水特征曲线的改进 195

10.2.3数值求解 197

10.3高饱和度非饱和土模型 205

10.3.1高饱和度土体变形特性 206

10.3.2硬化方程 208

10.3.3增量本构方程 209

10.3.4高饱和度模型预测 210

10.4热-水-力耦合弹塑性本构模型 212

10.4.1弹性增量关系 213

10.4.2屈服面与硬化方程 214

10.4.3增量本构方程 215

10.5本章小结 217

参考文献 218

附录1 符号表 230

附录2 代表性研究成果 235