软粘土工程学PDF电子书下载

第一章 软粘土中的土木工程发展史 1

1.1 前言 1

目录 1

1.2.1 岩土工程的重大事件 2

1.2 主要事件和成果 2

1.2.2 早期委员会和组织 3

1.3 软粘土分布地区 4

1.4.1 稠度和物理化学特性 9

1.4 软粘土的基本特性 9

1.4.2.1 固结现象 10

1.4.2 固结和沉降 10

1.4.2.3 压缩性 12

1.4.2.2　Terzaghi的固结理论 12

1.4.2.4 沉降 14

1.4.3.1 强度参数 15

1.4.3 抗剪强度 15

1.4.3.3 s？/σ？值 17

1.4.3.2 φ＝0分析 17

1.4.3.7 各向异性 18

1.4.3.6 灵敏度 18

1.4.3.4 实测抗剪强度的折减系数 18

1.4.3.5 残余强度 18

1.4.4.2 直剪试验 19

1.4.4.1 概述 19

1.4.3.8 蠕变 19

1.4.4 评价抗剪强度的室内方法 19

1.4.4.4 沉锥试验 20

1.4.4.3 扭剪试验 20

1.4.4.5 无侧限压缩试验 21

1.4.4.8 室内十字板试验 22

1.4.4.7 三轴试验 22

1.4.4.6 挤压试验 22

1.5.2.1 一般钻探方法 23

1.5.2 勘察方法和设备 23

1.5 现场勘察 23

1.5.1 早期阶段 23

1.5.3.1 瑞典的触探方法 26

1.5.3 贯入试验 26

1.5.2.2 水冲式钻探 26

1.5.3.2 静力触探试验 28

1.5.3.3 动力触探试验 29

1.5.4.1 早期的十字板仪 30

1.5.4 十字板试验 30

1.5.4.2 Cadling的十字板仪 31

1.5.4.3 新式的十字板仪 32

1.5.6 取样 33

1.5.5 其它原位勘察方法 33

1.5.8 沉降仪 36

1.5.7 孔隙压力量测 36

1.6.1 基础 37

1.6 承载力 37

1.6.2 路堤和护道 38

1.7.1 计算方法 39

1.7 边坡的稳定性 39

1.7.2.1 滑坡研究简史 40

1.7.2 滑坡 40

1.7.2.2 挪威的滑坡 42

1.7.2.3 瑞典的滑坡 45

1.7.2.5 加拿大的滑坡 48

1.7.2.4 芬兰的滑坡 48

1.8.1 桩的类型和打桩设备 50

1.8 桩 50

1.8.2 承载力 52

1.9.1 建筑物基础 56

1.9 施工方法 56

1.9.2 浮筏基础 58

1.9.3 港口 59

1.9.4 隧道 62

1.9.5 公路和铁路 64

1.10.1 竖向排水 67

1.10 软粘土的加固 67

1.10.2 电渗法 69

1.11 结束语 70

2.2.1 粘土矿物的循环 71

2.2 粘性土沉积物的形成 71

第二章 软粘土工程地质学 71

2.1 前言 71

2.2.3 沉积速率 72

2.2.2 沉积环境分类 72

2.3.2 河流中悬浮物质的粒径分布 73

2.3.1 水流速度和波浪能量 73

2.3 影响沉积作用的因素 73

2.3.3 盐度和絮凝作用 74

2.3.4 生物活动的成球作用（Biogenic pelletizatio n） 75

2.4.1　河相环境 76

2.4 软粘土的沉积环境 76

2.3.5 有机物质的影响 76

2.4.2　湖相和冰湖相环境 77

2.4.3　三角洲相环境 79

2.4.5　潮滩和沼泽 81

2.4.4　海湾和泻湖 81

2.5.2　海平面的升降 82

2.5.1　第四纪各世 82

2.5　海平面变化和均衡隆起 82

2.5.4　海岸线的迁移 84

2.5.3　冰川均衡变形 84

2.6.1　颗粒联结的类型和定义 85

2.6　粘性土的结构和构造 85

2.6.2　微结构和沉积环境的关系 86

2.7.1 沉积层的压密 88

2.7　重力压密 88

2.7.2　沉积压缩曲线 89

2.7.3　影响粘土沉积压密的其它因素 93

2.7.4 由于压力增加引起的颗粒定向作用 94

2.8　老化和沉积的滞后压缩 95

2.9.3　节理 97

2.9.2　干燥和硬壳的形成 97

2.9　软粘土沉积的物理和化学变化 97

2.9.1　概述 97

2.9.4 化学风化 99

2.9.5　淋滤 101

2.9.6　胶结 105

2.9.7　物理和化学过程影响的小结 106

2.10.1　粘土灵敏度和超灵敏粘土 107

2.10　超灵敏粘土 107

2.10.2　超灵敏粘土的形成和一般特性 108

2.10.3　影响灵敏度的因素 110

2.10.4　盐度在灵敏度中的作用 111

2.10.5　形成超灵敏粘土的一般理论 112

2.10.6　触变与灵敏度的关系 113

2.11　软粘土的分类 115

第三章　软粘土的勘探、取样和原位试验 116

2.12　结束语 116

3.1.2　实施规程 118

3.1.1 资料收集 118

3.1　前言 118

3.1.3　钻机 119

3.2.1　原状土样和扰动土样 120

3.2　取样 120

3.2.2　影响土样扰动的因素 121

3.2.3.1 壁厚和刃口斜度 122

3.2.3　取样器设计 122

3.2.3.3　取样器尺寸 123

3.2.3.2　内间隙和外间隙 123

3.2.3.4　粘土和取样器之间的摩擦力 124

3.2.3.5　防止土样落失 125

3.2.5　薄壁开口取样器 126

3.2.4　取样方法 126

3.2.6.1　活塞取样器在挪威的发展 127

3.2.6　活塞取样器 127

3.2.6.2　复合式活塞取样器 128

3.2.6.4　土样的取芯率 130

3.2.6.3　液压和气体取样器 130

3.2.7　块状取样 132

3.2.6.5　连续取样 132

3.2.8.2　处理和运送 134

3.2.8.1　密封 134

3.2.8　原状土样的处理 134

3.2.8.3　貯存 135

3.2.9　代表性土样 136

3.3.2.1　十字板的尺寸 138

3.3.2　影响十字板试验的因素 138

3.3　十字板剪切试验 138

3.3.1　十字板试验的原理 138

3.3.2.3　十字板的插入 139

3.3.2.2　十字板的形状 139

3.3.2.4　十字板的转动速率 140

3.3.3　对十字板试验结果的整理分析 141

3.3.2.6　触变效应 141

3.3.2.5　摩擦 141

3.3.4　十字板机（Vane borers） 142

3.4.1.1　瑞典压重触探法 143

3.4.1　斯堪的纳维亚的触探试验 143

3.4　触探试验 143

3.4.1.2　斯堪的纳维亚的其它触探方法 144

3.4.2　荷兰式圆锥触探试验 145

3.4.3　电测触探仪 147

3.4.6　触探试验的标准化 148

3.4.5　特殊的圆锥触探仪 148

3.4.4　其它的触探试验 148

3.5.2　钻孔剪切仪 149

3.5.1　现场剪切触探仪（Iskymeter） 149

3.5　其它强度试验 149

3.5.3　大尺寸现场试验 150

3.6.1　Menard旁压仪 151

3.6　应力-应变特性的测定 151

3.5.4　应力-应变-强度仪 151

3.6.3　总应力盒 152

3.6.2　自钻式旁压仪 152

3.6.5　确定应力-应变特性的各种方法的比较 153

3.6.4　水力劈裂 153

3.7　渗透试验 154

3.8　地球物理勘探 155

3.9　试验方法的标准化 156

4.1　前言 158

第四章　软粘土抗剪的应力-应变特性 158

4.2.2　地下水位变化的影响 159

4.2.1 成因 159

4.2　软粘土的天然状态 159

4.3　超固结条件的比较 160

4.2.3　粘滞固结 160

4.3.2　OCR随深度的变化 161

4.3.1　超固结比的大小 161

4.3.3　Ko值 162

4.4.1　屈服的定义 163

4.4　屈服 163

4.4.2　一维固结中的屈服 164

4.4.3　其它应力路径条件下的屈服和破坏 165

4.4.4　排水试验的屈服轨迹 166

4.4.5　不排水试验的屈服轨迹 167

4.5.1　三个阶段 169

4.5　不排水特性的一般概念 169

4.5.2.2　三轴应力条件 170

4.5.2.1　基本原理 170

4.5.2　阶段1：弹性性状 170

4.5.2.4　有效应力路径 171

4.5.2.3　平面应变条件 171

4.5.3　三轴压缩和三轴拉伸试验中土样的方向性对其弹性性状的影响 172

4.5.4.1 三轴条件 175

4.5.4　阶段2：塑性变形 175

4.5.5　阶段3a：不软化的抑制性破坏 176

4.5.4.2　平面应变条件 176

4.6.1.1 各向异性的影响 177

4.6.1 试样的方向性对三轴不排水抗剪强度的影响 177

4.5.6　阶段3b：有软化的抑制性破坏 177

4.6　不排水抗剪强度 177

4.6.1.3　颗粒定向性可能产生的影响 178

4.6.1.2　各向异性对应力路径的影响 178

4.6.2　试验的加荷速率 179

4.7　在地面荷载作用下软土地基中的孔隙水压力 180

4.6.4　试验方式 180

4.6.3　试样的大小 180

4.7.1.1　概述 181

4.7.1　对？srum地方轴对称荷载下的现场实例的分析 181

4.7.1.2 ？srumⅠ ：中心线上3m深处的孔隙水压力仪A的观测结果 183

4.7.1.3　？srumⅠ ：中心线上5m深处的孔隙水压力仪E的结果 185

4.7.2　Canvey岛的现场轴对称加载试验结果的应用 186

4.7.1.4 ？srumⅠ ：中心线以外的各孔隙水压力仪的结果 186

4.7.3　在波士顿附近现场的平面应变堆载试验结果的应用 188

4.8.1　基本原理 190

4.8　变形分析 190

4.8.3　剑桥的自钻式旁压仪 191

4.8.2　软土地基上一段土堤的预估沉降量 191

第五章　分析软粘土工程问题的现代方法 194

4.9　结束语 194

5.1　前言 196

5.2　浅基础的地基承载力 197

5.3　浅基础的沉降 198

5.4　结构物的沉降速率 202

5.5　桩基础的轴向承载力 203

5.6　桩基础的沉降 205

5.8　桩基础的侧向挠曲 207

5.7　桩基础的侧向承载力 207

5.9　路堤与挖方工程的稳定性 209

5.10　路堤变形 212

5.11　开挖的支撑 215

5.12　永久性挡土结构 217

5.13　区域性沉降 218

5.14　结束语 219

6.2.1　桩的类型 220

6.2　桩 220

第六章　软粘土上的基础 220

6.1 前言 220

6.2.2.2　打桩时的抗剪强度效应 221

6.2.2.1　打桩时的应力 221

6.2.2　打入软粘土中的桩 221

6.2.2.3　打桩引起的孔隙水压力 223

6.2.2.4　打桩引起的地面隆起 224

6.2.3.1　单桩 225

6.2.3　软粘土中单桩和群桩的极限承载力 225

6.2.3.2　群桩 228

6.2.4.1　概述 229

6.2.4　单桩和群桩的沉降 229

6.2.4.2　初始沉降 230

6.2.4.3　时间和沉降的关系 231

6.2.4.6　荷载分配 232

6.2.4.5　差异沉降 232

6.2.4.4　沉降速率 232

6.2.5　桩的纵向弯曲和有初始弯曲的桩的承载力 233

6.2.6.1 负摩擦力的计算 235

6.2.6　负摩擦力 235

6.2.6.2　负摩擦力的减少 237

6.2.7.1　桩的侧向阻力 238

6.2.7　软粘土中的桩和桩群的侧向受力 238

6.2.7.2　桩的侧向挠曲 239

6.2.7.3　桩的极限抗力 240

6.2.8　堤桩 242

6.2.9.1 土质勘察 243

6.2.9　土质勘察和检验方法 243

6.2.9.2　载荷试验 244

6.3.1.1　分析的方法 245

6.3.1 筏基-土的共同作用 245

6.3　筏基 245

6.3.1.3　弹性地基模型 246

6.3.1.2　Winkler模型 246

6.3.1.4　弹塑性地基模型 247

6.3.2　带桩的筏基 250

6.3.3　筏基的实际情况 251

6.3.4　结束语 252

7.1　前言 253

第七章　软粘土的固结和沉降 253

7.2.2　一维分析法与二维、三维分析法 254

7.2.1　定义 254

7.2　沉降的组成部分 254

7.3.1　沉降分析的主要步骤 255

7.3　预估沉降量的方法 255

7.3.2　初始沉降期间的局部屈服 256

7.3.3　常规的一维方法 257

7.3.4　Skempton-Bjerrum法 258

7.3.5.2　采用应力-应变等值线的方法 259

7.3.5.1　一般原理 259

7.3.5　应力路径法 259

7.3.6.1　一般原理 260

7.3.6　弹性方法 260

7.3.5.3　采用室内试验模拟现场有效应力路径的方法 260

7.3.6.4　蠕变沉降 261

7.3.6.3　弹性位移理论 261

7.3.6.2　应变相加法 261

7.3.7　Bjerrum法 262

7.3.8.1　修正的Cam粘土模型 263

7.3.8　预估沉降所用的临界状态模型 263

7.3.8.2　预估沉降量的应用 265

7.3.10　预估沉降量的概率统计法 266

7.3.9　有限元法 266

7.3.8.3　临界状态模型的进一步发展 266

7.3.11.1　从旁压仪试验估算沉降量 267

7.3.11　原位试验法 267

7.3.11.2　从静力触探试验估算沉降量 268

7.4.1　对固结课题分析方法的分类 269

7.4　一维固结沉降速率的预估方法 269

7.4.2　Terzaghi理论及其缺点 270

7.4.3.1　加荷与时间的关系 271

7.4.3　改进的一维固结模型 271

7.4.3.2　非线性应力-应变关系 272

7.4.3.4　达西定律的有效性 273

7.4.3.3　变化的土工参数 273

7.4.3.6　成层土体系 274

7.4.3.5　有限应变 274

7.4.3.8　与时间有关的土骨架的特性 275

7.4.3.7　地下水浸没的修正 275

7.4.4.1　模型概念 278

7.4.4　流变模型 278

7.4.4.2　Gibson和Lo模型 279

7.4.4.3　Barden模型 280

7.4.5　沉降曲线的图解法（Asaoka法） 281

7.5.1　一般原理 284

7.5　二维和三维固结沉降的预计方法 284

7.5.2　Terzaghi-Rendulic理论 285

7.5.3　Biot理论 286

7.5.4 准固结理论与Biot理论的比较 288

7.6.1　一般特性和试验方法 289

7.6　沉降分析中土工参数的测定 289

7.6.2.2　先期固结压力的确定 290

7.6.2.1 引起先期固结压力的机理 290

7.6.2　先期固结压力 290

7.6.3.1　一般特性的定义 292

7.6.3　压缩指数和再压缩指数 292

7.6.3.2　经验相关关系 293

7.6.4.1　定义 295

7.6.4　次固结系数 295

7.6.3.3　概率统计法 295

7.6.4.2　Ca与Cc间的相互关系 296

7.6.5　固结系数 298

7.6.6　土的静止侧压力系数 299

7.6.7　弹性参数 301

第八章　软粘土中挖方和隧道的性状和设计 302

7.7　结束语 302

8.2.2　与所处应力有关的粘土强度 303

8.2.1　软粘土性状的分类 303

8.1 前言 303

8.2　挖方和隧道所处软粘土性状指标的定义 303

8.2.3.1　刚度 305

8.2.3　应力-应变关系 305

8.2.6　土中的初始应力状态 306

8.2.5　孔隙水压力的消散速率 306

8.2.3.2　破坏后的性状 306

8.2.4　膨胀的可能性 306

8.3.2.1　美国旧金山Levi Strauss大楼的挖方工程 307

8.3.2　支撑开挖的稳定性，荷载和位移之间的关系 307

8.3　软粘土中的挖方 307

8.3.1　概述 307

8.3.2.2　屈服效应 309

8.3.3　挖方周围的超孔隙水压力 310

8.3.5.1　无支撑的挖方 312

8.3.5　对软粘土中挖方稳定性的估计 312

8.3.4　挖方周围的应力状态及其对土反应的影响 312

8.3.5.2　有支撑的挖方 313

8.3.6.1　系统荷载的大小 314

8.3.6　作用在软粘土支撑系统上的荷载 314

8.3.6.2　支撑荷载图 316

8.3.7　软粘土中挖方支撑系统的位移 317

8.3.6.4　作用在支撑或锚杆以外的其它构件上的荷载 317

8.3.6.3　对Terzaghi-Peck荷载的偏离 317

8.3.7.1　基本的位移模式 318

8.3.7.2　基底隆起的趋势，土的刚度和板桩墙位移之间的关系 319

8.3.7.4　支撑系统刚度的影响 320

8.3.7.3　土护道支护挡墙的位移 320

8.3.7.5　预加荷载的作用 321

8.3.7.6　施工因素的影响 322

8.3.8　关于挖方问题的结论 323

8.3.7.7　挖方位移概要 323

8.4.1　隧道工程技术 324

8.4　软粘土中的隧道 324

8.4.3.1　总应力和有效应力 326

8.4.3　粘土隧道周围的应力——应力路径分析 326

8.4.2　软粘土隧道分析中的问题和分析方法 326

8.4.3.2　孔隙水压力的发展 328

8.4.3.3　孔隙水压力的消散 329

8.4.3.4　最终状态，排水条件 330

8.4.4　隧道周围的固结和蠕变 331

8.4.3.5　根据应力路径分析得到的一些结论 331

8.4.5.1　理论上的考虑 334

8.4.5　在粘土中开挖隧道引起的土位移和土损失（ground loss） 334

8.4.5.2　现场和模型试验资料 335

8.4.5.4　盾构法开挖隧道和工作面的位移 336

8.4.5.3　土损失和超载系数 336

8.4.6 由隧道工程引起的沉降——可以接受的土损失 339

第九章　改善软粘土工程性质的方法 341

8.4.8　关于隧道方面的结论 341

8.4.7　隧道施工监测 341

9.2.1　一般原理 343

9.2　堆载预压法 343

9.1　前言 343

9.2.2　堆载预压引起的主固结 344

9.2.3　堆载预压引起的次固结 346

9.2.4　堆载预压增加的不排水强度 347

9.2.5　堆载预压法实例 348

9.2.6　真空预压法 350

9.3.2　垂直排水井的效果 352

9.3.1　一般原理 352

9.3 垂直排水井法 352

9.3.3.1　砂井 353

9.3.3　垂直排水井的类型 353

9.3.3.4　塑料排水井 354

9.3.3.3　袋装砂井 354

9.3.3.2　纸板排水井 354

9.3.4.1　瞬时荷载作用下的基本解 355

9.3.4　垂直排水井的设计 355

9.3.4.3　土和排水井性质的影响 357

9.3.4.2　逐步加荷的解 357

9.3.5　土的强度的增加 359

9.3.6　Cr的测定 360

9.3.7　垂直排水井的实例 362

9.4.2　强夯法的设计 365

9.4.1　一般原理 365

9.4　强夯法 365

9.4.3　强夯法工程实例 366

9.5.2　电渗排水引起的固结 368

9.5.1　一般原理 368

9.5　电渗法 368

9.5.3　电注浆法 369

9.5.4　电渗法的工程实例 371

9.6.1　一般原理 373

9.6　碎石桩 373

9.6.2　碎石桩的设计 374

9.6.3　碎石桩的工程实例 375

9.7　石灰桩和石灰柱 376

9.8　冻结法 377

第十章　软粘土工程的野外测试技术 378

9.9　结束语 378

10.1　前言 379

10.2.2　最经常量测的参数 381

10.2.1　测试方案的目的 381

10.2　软粘土中测试方案的设计 381

10.2.3　测试系统的选择 382

10.3.1 垂直位移的测量 384

10.3　基本测试系统 384

10.3.2　水平位移的测量 385

10.3.3　结构构件内的荷载与应变的量测 386

10.3.5　土压力的量测 387

10.3.4　孔隙水压力量测 387

10.4.1.1　对测试工作的要求 388

10.4.1　支撑开挖 388

10.4　在软粘土工程中采用测试技术的一些实例 388

10.4.1.2　测试工作的作用 389

10.4.2.2　测试工作的作用 390

10.4.2.1　对测试工作的要求 390

10.4.2　路堤 390

10.4.3.1　对测试工作的要求 391

10.4.3　隧道 391

10.4.3.2　测试工作的作用 392

10.4.4.2　测试工作的作用 393

10.4.4.1　对测试工作的要求 393

10.4.4 削坡 393

10.4.5.1　对测试工作的要求 394

10.4.5　地层锚杆 394

10.4.5.2　测试工作的作用 395

10.4.6.2　测试工作的作用 396

10.4.6.1　对测试工作的要求 396

10.4.6　打入桩 396

10.4.7.1　对测试工作的要求 397

10.4.7　灌筑桩 397

10.4.7.2　测试工作的作用 398

10.4.8.2 测试工作的作用 399

10.4.8.1　对测试工作的要求 399

10.4.8　槽壁法开挖 399

10.5　关于软粘土中目前测试能力的综述 401

11.1　前言 405

第十一章　软粘土沉积的地震问题 405

11.2.2 Hardin-Drnevich模型 406

11.2.1　应力-应变模型 406

11.2　粘性土的动力应力-应变关系 406

11.2.3　新应力-应变模型 407

11.2.3.1　骨干曲线的下降 408

11.2.3.2　建立在有效应力基础上的剪切模量和抗剪强度 409

11.2.3.4 Idriss等人（1976）提出的土的级配模型 410

11.2.3.3 剪应力、剪应变和有效侧限压力之间的关系 410

11.2.4.1　初始剪切模量 411

11.2.4　初始剪切模量和阻尼比 411

11.2.4.3　阻尼比 413

11.2.4.2　初始剪切模量和不排水抗剪强度 413

11.3.1 简单的回顾 415

11.3　软粘土沉积的地震特性 415

11.3.2.1 两种弹性介质之间的波传递而产生的振幅变化 416

11.3.2　软粘土面的地震响应 416

11.3.2.2　多次反射放大 417

11.3.2.3　振幅随阻尼减小 419

11.3.3.1　房屋结构 421

11.3.3　软粘土上结构的破坏 421

11.3.2.4　软粘土卓越周期的原位观察 421

11.3.3.2　路堤和边坡 422

11.3.3.3　结构基础和挡土结构 423

11.3.4　数解法 424