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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CAMCLY 441

参考文献 445