斜坡水文与稳定PDF电子书下载

第一部分 绪论与前沿 3

第1章 绪论 3

1.1滑坡概述 3

1.2滑坡分类 5

1.2.1滑坡速度 5

1.2.2滑坡分类说明 8

1.3滑坡的发生 9

1.3.1滑坡发生的诱发机制 9

1.3.2滑坡发生的频率和规模 11

1.4滑坡发生的社会经济影响 12

1.4.1滑坡损失类型 12

1.4.2北美历史上的大规模滑坡事件 13

1.4.3 1997—1998年旧金山港湾地区的直接经济损失 14

1.5降雨诱发滑坡 16

1.5.1非饱和区浅层滑坡发生的实例 17

1.5.2降雨特征在诱发浅层滑坡中的作用 20

1.5.3入渗和非饱和流在斜坡中的作用 21

1.6本书的范围和结构 22

1.6.1降雨为什么会诱发滑坡 22

1.6.2本书的结构 22

1.7本章习题 22

第2章 斜坡地貌学 25

2.1斜坡水文循环 25

2.1.1全球降水和蒸发模式 25

2.1.2地形增雨作用 29

2.1.3大气长河 30

2.1.4季风 31

2.1.5热带气旋 32

2.1.6厄尔尼诺现象和拉尼娜现象 32

2.1.7极端降水趋势 33

2.2地貌 36

2.2.1地貌基本特征 36

2.2.2数字地形 38

2.2.3滑坡的数字高程模型分析方法 39

2.3土的分类 40

2.3.1土的分层 40

2.3.2土的常用分类系统 41

2.4斜坡水文和径流形成 42

2.4.1径流和入渗 42

2.4.2地下水流和地表径流 45

2.4.3地下洪流 47

2.4.4地下洪流和滑坡启动 49

2.5斜坡中力的作用过程 50

2.5.1应力变化机制 51

2.5.2强度弱化机制 57

2.5.3应力和强度的组合变化 58

2.6本章习题 61

第二部分 斜坡水文学 65

第3章 稳定流 65

3.1水的运移机理 65

3.1.1引言 65

3.1.2重力势能 67

3.1.3压力势能 68

3.1.4渗透势能 70

3.1.5水蒸气势能 71

3.1.6多相介质的化学势能平衡原理 73

3.1.7静水条件下的压力分布 75

3.2达西定律 76

3.2.1达西实验 76

3.2.2 三维达西定律 78

3.2.3水力特性 78

3.3毛细上升 81

3.3.1土的毛细上升高度 81

3.3.2土的毛细上升速度 82

3.4蒸汽流 83

3.5垂直流 84

3.5.1单层系统 84

3.5.2两层系统 89

3.6隔水带 97

3.6.1水平毛细隔水带 97

3.6.2倾斜毛细隔水带 100

3.6.3不均匀性导致的隔水带 102

3.7本章习题 104

第4章 瞬态流 107

4.1瞬态水流的控制方程 107

4.1.1质量守恒定律 107

4.1.2瞬态饱和流 109

4.1.3 Richards非饱和流方程 109

4.2一维瞬态流 112

4.2.1斜坡中的Richards方程 112

4.2.2 Green-Ampt入渗模型 113

4.2.3 Srivastava和Yeh入渗模型 117

4.3多维问题的数值解 121

4.4斜坡中的瞬态流模式 122

4.4.1流动方向的控制因素 122

4.4.2吸湿与脱湿状态的一般概念模型 125

4.4.3恒定降雨强度的流动模式 126

4.4.4雨停之后的流动模式 132

4.4.5阶跃式降雨条件下的流动模式 135

4.4.6 瞬变降雨的流动模式 138

4.5斜坡流动模式总结 140

4.6本章习题 141

第三部分 斜坡中的总应力和有效应力 145

第5章 斜坡中的总应力 145

5.1应力和应变的定义 145

5.1.1总应力的定义 145

5.1.2应变的定义 148

5.1.3应力应变关系 149

5.2应力状态的分析和图解 151

5.2.1莫尔圆的概念 151

5.2.2主应力 152

5.3力平衡方程 154

5.3.1运动方程 154

5.3.2线弹性力学理论 154

5.4二维线弹性力学 156

5.4.1 Navier位移场方程 156

5.4.2 Beltrami.Michell应力场方程 158

5.5斜坡中的总应力分布 160

5.5.1 Savage二维解析解 160

5.5.2有限元解 163

5.6本章习题 203

第6章 土的有效应力 207

6.1太沙基和毕肖甫有效应力原理 207

6.2 Coleman独立应力变量理论 209

6.3 Lu等的吸应力理论 210

6.4统一有效应力的表述 211

6.4.1统一有效应力原理 211

6.4.2吸应力的实验验证与确定 215

6.4.3统一有效应力公式 219

6.4.4统一有效应力公式的验证 221

6.5斜坡中的吸应力分布 223

6.5.1一维稳定状态分布：单层土 223

6.5.2一维稳定状态分布：多层土 224

6.5.3一维瞬态吸应力分布：单层土 227

6.6本章习题 230

第四部分 斜坡材料特征 235

第7章 斜坡材料的强度 235

7.1破坏模式及破坏准则 235

7.1.1强度的定义 235

7.1.2应力-应变关系 237

7.2摩擦阻力导致的抗剪强度 239

7.2.1摩擦角的概念 239

7.2.2表观黏聚力的概念 240

7.2.3砂的内摩擦角 241

7.3黏聚力导致的抗剪强度 243

7.3.1排水黏聚力 243

7.3.2胶结黏聚力 246

7.3.3毛细黏聚力 247

7.4植物根系导致的抗剪强度 248

7.4.1植物根系对斜坡稳定性的增强作用 248

7.4.2扎根土的抗剪强度 249

7.4.3植物根系的抗拉强度 252

7.4.4植物根系强度的时空变化 253

7.5不同排水条件下土的抗剪强度 256

7.5.1饱和土的抗剪强度 256

7.5.2固结-排水条件下的抗剪强度 259

7.5.3固结-不排水条件下的抗剪强度 260

7.5.4不固结-不排水条件下的抗剪强度 261

7.6斜坡材料抗剪强度的统一处理方法 263

7.7本章习题 264

第8章 水-力相互作用特性 267

8.1概述 267

8.1.1吸力的测量方法 267

8.1.2渗透系数的测量方法 269

8.2瞬态脱湿与吸湿实验方法 271

8.2.1瞬态脱湿与吸湿实验方法的工作原理 271

8.2.2瞬态脱湿与吸湿实验仪器 272

8.2.3瞬态脱湿与吸湿实验参数的确定 274

8.3瞬态脱湿与吸湿实验步骤 278

8.4瞬态脱湿与吸湿实验方法的验证 281

8.4.1反演模拟结果的唯一性 281

8.4.2瞬态脱湿与吸湿实验的可重复性 283

8.4.3不同实验方法的实验验证 284

8.5瞬态脱湿与吸湿实验方法在不同土中的应用 286

8.5.1砂质土的瞬态脱湿与吸湿实验 286

8.5.2原状粉质黏土的瞬态脱湿与吸湿实验 287

8.5.3重塑粉质黏土的瞬态脱湿与吸湿实验 288

8.6采用瞬态脱湿与吸湿实验定量测量吸应力特征曲线 288

8.7小结 290

8.8本章习题 290

第五部分 斜坡稳定性分析 295

第9章 基于滑动面的稳定性分析 295

9.1斜坡稳定性的传统分析方法 295

9.1.1斜坡的稳定系数 295

9.1.2无限斜坡稳定性模型 297

9.1.3卡尔门的有限斜坡稳定性模型 299

9.2计算稳定系数的条分法 302

9.2.1瑞典条分法 302

9.2.2毕肖甫简化条分法 305

9.3稳定入渗条件下的滑坡 308

9.3.1传统理论延伸至非饱和状态 308

9.3.2入渗速度对斜坡稳定性的影响 313

9.3.3含水量变化对斜坡稳定性的影响 318

9.4瞬态入渗诱发的浅层滑坡 322

9.4.1粗砂斜坡的稳定性 325

9.4.2中砂斜坡的稳定性 326

9.4.3细砂斜坡的稳定性 328

9.4.4粉砂斜坡的稳定性 329

9.4.5模型研究结果总结 330

9.5实例：降雨诱发浅层滑坡 331

9.5.1现场地质、地形地貌与监测系统 331

9.5.2瞬态流的数值模拟 332

9.5.3模拟结果与实测数据对比 333

9.6实例：融雪诱发深层滑坡 335

9.6.1现场地质、地形地貌与水文地质 335

9.6.2考虑与不考虑吸应力的斜坡稳定性分析 337

9.6.3地下水位上升时斜坡的稳定性分析 337

9.7本章习题 341

第10章 基于应力场的稳定性分析 343

10.1水-力分析框架 343

10.1.1斜坡的破坏模式 343

10.1.2统一有效应力原理 346

10.1.3水-力耦合作用理论框架 347

10.2稳定系数标量场 347

10.2.1稳定系数标量场的理论基础 347

10.2.2稳定系数场（或局部稳定系数）的定义 349

10.2.3与传统稳定系数方法的对比 351

10.3斜坡瞬态稳定性分析 359

10.4实例：降雨诱发浅层滑坡 365

10.4.1二维数值模型 365

10.4.2降雨引起的水文响应数值模拟 367

10.4.3应力和稳定性变化的数值模拟 370

10.5实例：融雪诱发深层滑坡 373

10.5.1现场水文和位移监测 373

10.5.2瞬态吸力与吸应力场模拟 376

10.5.3瞬态斜坡稳定性模拟 379

10.6本章习题 381

参考文献 383

索引 407