Soil Mechanics for Unsaturated Soils pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:D. G. Fredlund

出品人:

页数:544

译者:

出版时间:1993-08

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471850083

丛书系列:

图书标签:

土力学
专业
Soil Mechanics
Unsaturated Soil
Geotechnical Engineering
Soil Science
Hydrology
Civil Engineering
Foundation Engineering
Slope Stability
Shear Strength
Permeability

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具体描述

The principles and concepts for unsaturated soils are developed as extensions of saturated soils. Addresses problems where soils have a matric suction or where pore-water pressure is negative. Covers theory, measurement and use of the fundamental properties of unsaturated soils--permeability, shear strength and volume change. Includes a significant amount of case studies.

岩土工程中的水土相互作用：理论、实践与前沿进展图书简介本书深入探讨了岩土工程领域中至关重要的一个方面：土体中水分的运动、力学行为及其对结构稳定性的影响。不同于传统关注饱和土体的经典理论，本书的重点聚焦于非饱和土体，即土体孔隙中同时存在水和空气的复杂体系。这种体系在自然界和工程实践中极为普遍，尤其在干旱和半干旱地区，以及地表浅层土体中，其力学特性与饱和土体存在显著差异。全书内容涵盖了非饱和土力学的基本原理、关键的本构关系、测试方法以及在实际工程中的应用案例。其结构设计旨在为读者提供一个从理论基础到实际操作的全面认知框架。第一部分：非饱和土的本构基础与水力特性本书首先建立起非饱和土力学的理论基石。我们从孔隙结构与水力状态的描述开始。详细阐述了土体孔隙中水、气两相共存的特征，并引入了关键的宏观参数，如含水量（Water Content）、孔隙比（Void Ratio）、饱和度（Degree of Saturation）以及基质吸力（Matric Suction）。基质吸力的引入是理解非饱和土力学的核心，它代表了土颗粒间作用力以及孔隙水张力（Negative Pore Water Pressure）的综合效应。随后，章节深入分析了土体的吸力-含水关系曲线（Soil-Water Characteristic Curve, SWCC）。SWCC是描述非饱和土水力特性的“指纹”，本书不仅详述了经典的经验模型（如Van Genuchten模型、Fredlund & Xing模型），还探讨了这些模型背后的物理意义，包括残余含水量、气化吸力（Air Entry Value）以及不同土质（粘土、粉土、砂土）SWCC的形态差异。我们还讨论了吸力如何影响土体的渗透性，即非饱和渗透系数，并对比了饱和与非饱和渗透率的巨大差异。第二部分：非饱和土的应力状态与本构模型非饱和土的力学行为由其独特的应力状态决定。本书系统地介绍了描述非饱和土应力状态的广义Terzaghi有效应力原理。重点讨论了Bishop的广义有效应力方程，区分了“张力系数”（$chi$）或“负孔隙水压力”（$u_w$）在有效应力组合中的作用。我们探讨了如何将总应力、孔隙气压（$u_a$）和孔隙水压（$u_w$）有效地组合起来，以预测土体的剪切强度和变形。在本构模型方面，本书详细介绍了应用于非饱和土的几种主要模型。这包括扩展的Mohr-Coulomb剪切强度准则，该准则明确地将基质吸力作为提高强度的因素纳入考量。我们探讨了如何利用吸力将剪切强度线扩展到高吸力区域。此外，本书还引入了更先进的弹塑性本构模型，这些模型试图描述吸力变化对土体屈服面和硬化规律的影响。我们比较了这些模型的适用范围、参数敏感性及其在有限元分析中的实施难度。第三部分：非饱和土的工程测试与现场评价理论研究必须辅以准确的试验数据。本书用相当大的篇幅介绍了非饱和土的室内试验技术。重点讲解了目前最先进的压力膜仪（Pressure Plate Apparatus）和称重法在获取SWCC数据中的应用，讨论了如何控制和维持样品中的基质吸力。在力学性能测试方面，本书详细阐述了如何进行三轴剪切试验（Triaxial Tests）和直剪试验（Direct Shear Tests）来测量不同吸力条件下的抗剪强度参数。特别关注了压力控制技术的复杂性，以及如何通过精确控制孔隙气压（$u_a$）来实现特定的基质吸力状态。此外，本书还介绍了现场测试方法，如： 1. 标准贯入试验（SPT）和静力触探试验（CPT）：如何将这些传统方法的结果与非饱和土的经验关系相结合。 2. 频域电磁波（FDR）和时间域反射（TDR）技术：用于快速、原位测量土体含水量的变化。 3. 压力计（Tensiometers）和电阻式传感器：用于监测地下水位和基质吸力的长期变化。第四部分：工程应用与稳定性分析非饱和土力学知识的最终目标是确保工程结构的长期安全。本书在最后部分将理论与实践紧密结合，探讨了非饱和土在多种工程场景中的影响。边坡稳定性分析：鉴于地表土体水分变化的剧烈性，本书专门讨论了降雨入渗如何引起基质吸力降低，进而导致边坡失稳。我们介绍了瞬态吸力变化对边坡安全系数的动态影响评估方法，并提出了基于气候条件的长期稳定性预测框架。地基承载力：阐述了浅层地基在非饱和状态下与饱和状态下的承载力差异。在吸力存在时，土体的有效应力增加，表现出更高的初始刚度和承载力。本书提供了适用于干燥或部分湿润土层的地基承载力计算修正方法。路基与填方工程：探讨了路基压实度和压实后土体吸力演化对路面结构稳定性的影响。水分迁移、冻融循环（如适用）以及土体的“记忆效应”在路基设计中的考量。环境岩土工程：简要介绍了污染物的迁移、固废填埋场防渗系统的设计中，非饱和条件下的污染物传输速率和吸附/解吸机理。结语：本书致力于系统化地呈现非饱和土力学的研究现状与工程应用。它不仅是对现有理论的梳理，更是对未来研究方向的引导，强调跨学科合作（如土壤物理学、水文地质学）在解决复杂岩土工程问题中的重要性。本书旨在成为岩土工程师、结构设计师、环境工程师以及相关专业研究生的重要参考工具书。