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出版者:哈尔滨工业大学出版社

作者:刘瑞堂

出品人:

页数:271

译者:

出版时间:2001-8

价格:20.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560316512

丛书系列:

图书标签:

• 工程材料
• 材料力学
• 力学性能
• 材料科学
• 工程技术
• 机械工程
• 固体力学
• 材料试验
• 结构力学
• 应力应变

结构工程中的岩土力学基础与应用 本书聚焦于现代土木工程和岩土工程领域中至关重要的基础理论和实践方法，深入探讨了工程地质勘察、岩土体本构关系、边坡稳定分析、地基承载力计算以及基础设计等核心议题。 --- 第一部分：岩土体本构行为的物理与数学描述 本书的开篇部分，旨在为读者建立起对岩土材料特性的深刻理解。我们不局限于传统的土力学假设，而是将分析视角拓展到更具复杂性的真实地质环境。 第一章：岩土材料的微观结构与宏观响应 本章首先对土体和岩体的基本组成（颗粒、孔隙、水）进行详尽的物理描述。重点阐述了颗粒级配、孔隙比、塑性限制等指标如何直接影响材料的宏观力学性能。随后，引入结构敏感性的概念，探讨应力历史、加载路径对土体（特别是软弱粘土和松散砂土）残余强度和变形特性的决定性影响。 第二章：应力状态的表述与测定 详细介绍了三维应力状态的描述方法，包括主应力、偏应力、体积应力（或平均正应力）的计算。着重分析了应力不连续面（如剪切带）的形成条件。在实验方法上，深入讲解了三轴试验（常规三轴 CU、不固结不排水 UU 及快剪 CU）的原理、操作规程及其对不同应力路径下岩土体强度包线的确定。此外，对现场压力计试验（如无限压板扩张试验）在确定原位应力状态中的应用进行了详尽的论述。 第三章：经典的与现代的本构模型 本章是全书理论核心之一。首先系统回顾了莫尔-库仑准则在线性和非线性岩土强度确定中的应用及其局限性。随后，重点引入并解析了更精细的本构模型： 1. 弹塑性模型（如修正剑桥模型 Cam-Clay Model）： 详细推导了其屈服面、流动法则和应力-应变关系，特别关注其在描述超固结粘土（OCL）和正常固结粘土（NCL）路径上的优势。 2. 连续损伤力学（CDM）在岩石破坏模拟中的应用： 探讨如何利用损伤变量来表征岩石内部微裂隙的扩展过程，从而更准确地预测岩体的峰值强度和软化行为。 3. 应变软化模型： 结合工程实例，讨论在深基坑开挖或隧道衬砌受损等场景下，材料强度从峰值向残余值演变的过程及其对结构稳定性的影响。 第二部分：地下工程中的应力与变形分析 本部分将理论知识应用于具体的工程问题，特别是涉及地下结构和深层土体行为的分析。 第四章：孔隙水压力与有效应力原理的深化 本章强调有效应力原理在岩土工程中的普适性。详细分析了在快速加载（如地震作用）或排水条件变化（如降雨入渗）时，孔隙水压力的瞬态变化及其对土体抗剪强度的影响。引入了固结理论，特别是单向、双向固结问题，并运用Terzaghi的固结方程求解时间和空间上的孔隙水压力消散过程，为软土地基处理设计提供理论依据。 第五章：基坑工程的稳定性分析 基坑工程是城市地下空间开发的关键。本章侧重于复杂支护结构下的土体响应分析。 1. 支护结构受力分析： 结合土压力理论（朗肯、库仑），分析主动土压力、被动土压力以及静止土压力的确定方法。重点对比了“悬臂桩墙”与“锚撑结构”在不同地质条件下的受力特点。 2. 刚度法与数值模拟： 介绍了如何利用有限元方法（FEM）模拟基坑开挖过程中的地层变形、支护结构的应力分布，以及对邻近既有结构可能产生的沉降影响评估。 第六章：边坡工程的可靠性评估 本章聚焦于天然边坡、开挖边坡和填筑边坡的稳定判据。 1. 极限平衡法： 系统介绍瑞典条分法（Fellenius Method）和Bishop法（包括简化法和完全法）在确定圆弧滑动面上的安全系数。强调了在分析饱和土边坡时，必须考虑瞬时孔隙水压力对滑动面的影响。 2. 非圆弧滑动面分析： 探讨了针对特殊地质结构（如岩层倾向与边坡坡面一致）的非圆弧稳定分析方法。 3. 降雨与地震对边坡的影响： 分析了地下水位上升对边坡抗剪强度的削弱机制，并引入了伪静力学方法评估地震荷载下的边坡稳定性。 第三部分：基础设计与地基承载能力 本部分转向岩土工程设计中最核心的环节——基础的选型与承载力校核。 第七章：浅基础的设计与沉降控制 深入探讨了基础设计中的两个核心目标：承载力极限状态（ULS）和正常使用极限状态（SLS）。 1. 极限承载力计算： 基于泰扎吉的承载力公式，详细讨论了地基承载力系数（$N_c, N_q, N_gamma$）的确定方法，包括考虑基础形状、埋深、坡度以及地下水位影响的修正系数。对粘土与砂土的承载力特性进行了对比分析。 2. 沉降计算： 区分了瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。重点讲解了分层总和法在计算由新增基础荷载引起的复合地层沉降中的具体应用步骤，并阐述了如何通过控制单层沉降差异来保证上部结构的安全。 第八章：深基础的受力与施工控制 针对桩基础，本章提供了从荷载传递机制到施工控制的全景描述。 1. 单桩竖向抗拔/抗压承载力： 分析了桩侧摩阻力和桩端阻力。详细介绍了静载试验和动测（如低应变检测）原理，以及如何通过现场试验结果校核和优化设计参数。 2. 桩-土共同作用： 探讨了群桩效应，包括桩间距、桩长对群桩承载力的影响系数，以及如何计算群桩基础的总沉降量。 第九章：特殊地基处理技术 为解决不良地质条件下的工程难题，本章详细介绍了几种先进的、成熟的地基加固技术。 1. 强夯与碎石桩技术： 阐述了通过提高地基密实度和排水性能来实现强度提升的机理，并给出了相应的施工质量控制标准。 2. 高压旋喷注浆与搅拌桩技术： 重点分析了浆液与土体的混合机理，以及如何通过优化注浆参数（压力、速度、注浆量）来形成特定强度的固结体，适用于软土地基的快速加固。 --- 本书特点： 本书在理论推导上保持严谨性，同时紧密结合我国现行的工程规范和大量的工程案例，旨在培养读者从理论分析到工程实践的转化能力。内容全面涵盖了岩土工程中的经典理论与前沿方法，是结构工程、岩土工程及相关专业师生和工程师的案头必备参考书。

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说实话，我是一个对教材有极高要求的读者，如果一本书不能提供连贯的知识体系和清晰的逻辑脉络，我宁愿自己去查阅无数篇顶会论文。而这本关于工程材料力学性能的著作，恰恰做到了“大家长”的姿态——它为我构建了一个完整且坚实的知识框架。它不是那种只聚焦于某一特定性能指标的狭隘书籍，而是将强度、刚度、韧性、抗蠕变性等所有关键力学特性，统一在一个热力学和微观结构演化的框架下进行讨论。最让我欣赏的是其对“时效性”的强调。作者没有把材料性能视为静态参数，而是贯穿始终地讨论了温度、应变率、加载历史对性能的影响。比如，在分析高温蠕变时，书中详细区分了扩散蠕变和位错蠕变，并通过清晰的等时应力松弛曲线图，展示了材料在不同温度区域的“性格变化”。这种对时间维度深刻理解，使得书中的结论具有极强的可移植性，无论我面对的是常温下的结构钢，还是极热工况下的镍基合金，我都能从中找到适用的分析工具和思维路径。这本书的广度与深度完美地平衡了学术严谨性和工程实用性。

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初次翻开这本书时，我本以为会是一次枯燥的理论重温，毕竟“力学性能”这几个字听起来就透着一股陈旧的气息。然而，作者的叙述方式简直是匠心独运，它成功地将原本宏大而抽象的固体力学概念，分解成了可感知的、甚至可以说是“有画面感”的物理过程。举个例子，它解释韧脆转变时，引入了一种类比叙事手法，将晶体内部的滑移和孪晶过程描绘得如同战场上的兵力调动，清晰地展示了能量耗散路径的选择是如何决定材料最终是“温和地屈服”还是“灾难性地断裂”。对于我这种偏向于材料科学背景的学习者而言，这种将微观行为与宏观响应紧密联结的处理方式，极大地提升了理解效率。而且，书中对先进复合材料和功能梯度材料的本构关系介绍得非常前沿，没有停留在传统的线弹性阶段，而是大量采用了粘塑性模型和损伤力学框架，这对于我们从事下一代航空航天结构件的研发工作至关重要。这本书的排版和图示设计也值得称赞，那些复杂的应力-应变曲线图表，不再是冷冰冰的数据堆，而是充满了信息量的艺术品。

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这本书，坦率地说，真的让我这个常年混迹于结构设计一线的工程师感到有些如释重负。我们都知道，在实际工作中，理论的推导和实际的失效分析之间总有一道难以逾越的鸿沟。这本书最让我惊喜的地方在于它没有沉溺于纯粹的数学公式堆砌，而是真正做到了“以用为本”。它对不同服役环境下材料的微观结构演变，特别是疲劳裂纹的萌生和扩展机理，描述得极为透彻。我记得有一次我们在评估一个长期承载的高速列车关键部件时，就遇到了一个难以解释的低周疲劳问题。市面上大多数教材只会告诉你“应力幅和循环次数的关系”，但这本书却深入探讨了塑性区内位错运动的集体行为和晶界对裂纹偏转的影响，这简直就像是给我们的材料手册添上了“活的解释”。它不仅仅是告诉你“会发生什么”，更重要的是解释了“为什么会发生”，这种深度是教科书级别的，但阅读体验却远超一般的学术专著。阅读过程中，我甚至会时不时地停下来，对照我们手头上的材料测试报告，感觉作者仿佛就在我身边进行现场指导。对于那些希望将理论知识转化为实际工程判断力的同行来说，这本书的案例分析部分价值连城。

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如果用一个词来概括我的阅读体验，那便是“体系化”。这本书成功地将原本散落在不同学科（材料学、固体力学、断裂学）中的知识点，整合进了一个逻辑自洽的“材料-结构-寿命”评估体系中。许多教材在讨论断裂韧性时，往往停留在 $K_{IC}$ 的计算上，但这本书却将这一参数置于更宏大的背景下——即如何通过优化材料的微观结构（比如晶粒尺寸的控制和第二相粒子的分布）来系统性地提高其抵抗快速失稳的能力。它甚至涉及到了增材制造（3D打印）材料特有的力学各向异性问题，这显示出作者对当前工程热点的高度敏感性。书中对残余应力的产生机制及其对材料疲劳寿命的巨大影响的论述，清晰地指出了传统静力学分析的局限性。通过这本书，我深刻理解到，工程材料的“性能”绝不是一个单一标签，而是特定工艺、特定环境、特定载荷历史共同作用下的一个动态结果。这本书无疑是为工程师提供了一套强大的、面向未来的思维工具箱，而不是仅仅一堆公式和表格。

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我花了好几个周末才算大致读完这本书，最大的感受是作者的“同理心”。他似乎非常清楚一个正在努力掌握这门学科的学生或初级工程师会卡在哪里。这本书的难度曲线设置得非常巧妙。开篇部分侧重于基础的应力分析和本构关系介绍，语言平实易懂，避免了初学者的畏惧感。然而，随着章节深入到断裂力学和疲劳累积损伤模型时，它毫不退缩地展示了最前沿的研究成果，比如基于XFEM（扩展有限元法）的裂纹扩展模拟原理，以及如何将随机载荷转化为等效稳定载荷的统计方法。这种循序渐进、由浅入深的结构，确保了读者在知识储备不足时不会被抛弃，同时又提供了足够多的深度来挑战那些经验丰富的专业人士。我特别喜欢它在讨论材料阻尼特性时，引入了大量的实验测量细节，比如内摩擦的来源分析，这让原本晦涩的阻尼理论变得具体可感。它让我意识到，工程力学性能的研究远不止于简单的“能承受多大载荷”，而是关乎能量如何被吸收、转化和耗散的复杂过程。

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