非饱和土力学 [Unsaturated Soil Mechanics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 卢宁（Ning Lu），[美] 力科思（William J.Likos） 著，韦昌富 等 译

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• 土力学
• 非饱和土
• 岩土工程
• 土工程
• 地基处理
• 边坡稳定
• 渗流力学
• 数值模拟
• 土水耦合
• 固液耦合

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040343465

版次：1

商品编码：11022335

包装：平装

外文名称：Unsaturated Soil Mechanics

开本：16开

出版时间：2012-06-01

用纸：胶版纸

页数：403

字数：570000

正文语种：中文

内容简介

《非饱和土力学》使用逻辑思维、物理推理与数学推导的方法，采用热力学、力学与水文学中最基本的原理与方法探讨了非饱和土力学的基本原理，阐明了这些基本原理在非饱和土中应力与流动现象中的应用，论述和评价了描述应力与流动现象的状态变量和材料变量的常用的测量与模拟技术。
本书将微观物理原理与宏观热力学理论结合起来，论述非饱和土的孔隙持水特性与应力状态。本书使用大量的实例，深入浅出地论述了非饱和土力学突飞猛进的研究进展，包括有效应力的适用性、液体和气体流动、基质吸力和渗透系数的测量技术等。
本书是土木工程、环境工程、土壤学、地下水动力学、地球科学等领域中学生难得的教科书，也是专业岩土工程师、土壤学者、地质工作者、结构工程师非常有价值的参考书。

作者简介

Ning Lu博士，美国科罗拉多矿业大学教授，讲授“非饱和土力学”与“水文学”等课程。研究方向为非饱和土力学，渗流一应力耦合作用及浅层滑坡的监测、分析与预测。他提出的吸应力与统一的有效应力原理，将非饱和土力学与传统的饱和土力学有机地结合在一起，是非饱和土力学领域标志性的成果。他主持研制的“土壤水分特征曲线和渗透系数实验室快速测量仪器”，使得非饱和细粒土脱湿、吸湿参数的测量时间大大缩短，促进了非饱和土力学的发展。他将非饱和土力学理论运用于浅层滑坡的监测和预测中，取得了非常好的效果。他分别于2007年与2010年获美国土木工程师学会Normal Medal奖和J．James Croes Medal奖。William J．Likos博士美国威斯康星大学土木与环境工程系副教授，讲授“土力学”与“土质学”等课程。他曾是美国地质调查局的一名岩土工程师。他发表了多篇与非饱和土、膨胀土相关的论文。他是Geotechnicot Testing Journal主编，美国土木工程师学会、黏土矿物学会会员。他分别于2005年与2007年获美国土木工程师学会Arthur Casagrande奖和Normal Medal奖。
韦昌富，1965年生，博士，研究员。2006年入选中国科学院“百人计划”，并于2008年获得中国科学院“引进海外杰出人才计划”的择优支持。现任职于中国科学院武汉岩土力学研究所，为岩土力学与工程国家点实验室副主任。
长期从事多相孔隙介质理论及其应用方面的研究，在多相孔隙介质连续理论、含天然气水合物沉积物力学特性、非饱和土力学等方面已取得多项重要的研究成果，其中包括：（1）揭示了多相孔隙介质连续理论的Lagrange结构，证明了该类理论与Biot多孔介质理论在一般意义上的等价性，并建立了能够模拟孔隙介质多相、多组分、多场耦合问题的理论框架；（2）奠定了模拟毛细滞后问题的热力学基础，建立实用的毛细循环内变量模型，并提出了能系统地描述非饱和-的弹塑性变形和毛细循环过程耦合效应的本构理论；（3）建立了模拟微观、细观与宏观孔隙流动之间的跨尺度关联效应的理论模型，即多孔介质的非平衡流动理论模型，提出了确定多孔介质局部结构的声波探测技术以及快速确定非饱和水力学参数的有效方法。
发表论文80余篇（被SCI他引70余次），授权专利8项，省部级自然科学一等奖1项（排名第三）。国际土力学学会非饱和土分会理事，中国力学学会岩土力学专业委员会常务委员、中国爆破工程协会理事、湖北省力学学会常务理事，兼《岩土力学学报》编委。

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目录

相关符号及单位
绪论
第1章 非饱和土状态
1.1 非饱和土现象
1.1.1 非饱和土力学的定义
1.1.2 非饱和土力学的跨学科属性
1.1.3 非饱和土现象的分类
1.2 本书内容与撰写结构
1.2.1 章节结构
1.2.2 “岩土力学”与“环境岩土工程”课程内容选学建议
1.3 大自然与工程中的非饱和土
1.3.1 水循环中的非饱和土
1.3.2 全球化的气候因素
1.3.3 非饱和带与土的形成
1.3.4 工程实践中的非饱和土
1.4 含水量、孔隙压力与应力的垂直分布
1.4.1 非饱和状态下的应力
1.4.2 饱和土含水量与应力的垂直分布：概念性图示
1.4.3 非饱和土含水量与应力的垂直分布：概念性图示
1.4.4 应力分析方法
1.5 状态变量、材料变量与本构定律
1.5.1 现象预测
1.5.2 状态变量——水头
1.5.3 状态变量——有效应力
1.5.4 状态变量——净法向应力
1.6 土中水的吸力与势能
1.6.1 土体总吸力
1.6.2 孔隙水势能
1.6.3 土体吸力单位
1.6.4 吸力形式与土-水特征曲线
本章习题

第I部分 基本原理
第2章 材料变量
2.1 气体和水的物理性质
2.1.1 非饱和土的多相体系
2.1.2 干燥空气的密度
2.1.3 水的密度
2.1.4 气体和水的黏滞性
2.1.5 流动方式
2.2 分压力与相对湿度
2.2.1 非饱和土力学中的相对湿度
2.2.2 气体组分与分压力
2.2.3 自由水与气体的平衡
2.2.4 孔隙水与气体的平衡
2.2.5 相对湿度
2.2.6 露点
2.3 潮湿气体的密度
2.3.1 水蒸气对空气密度的影响
2.3.2 潮湿空气密度公式
2.4 表面张力
2.4.1 表面张力的来源
2.4.2 穿过水一气交界面产生的压降
2.5 水的空化
2.5.1 空化与沸腾
2.5.2 静态大气压力
2.5.3 空化压力
本章习题
第3章 相界面平衡
3.1 气体在水中的溶解度
3.1.1 亨利定律
3.1.2 温度相关性
3.1.3 体积溶解系数
3.1.4 亨利定律常数与体积溶解系数
3.1.5 蒸汽作用的修正
3.1.6 质量溶解系数
3.2 气体一水一固体交界面
3.2.1 两个水滴之间的平衡
3.2.2 气体一水一固体交界面的平衡
3.2.3 接触角
3.2.4 非饱和土中的气体-水-固体交界面
3.3 蒸汽压降低效应
3.3.1 开尔文公式的意义
3.3.2 开尔文公式的推导
3.3.3 毛细冷凝
3.4 土-水特征曲线
3.4.1 土体吸力与土中水
3.4.2 毛细管模型
3.4.3 接触球模型
3.4.4 小结
本章习题
第4章 毛细现象
4.1 杨一拉普拉斯方程
4.1.1 三维弯液面
4.1.2 毛细管的静水平衡
4.2 毛细上升高度
4.2.1 管内毛细上升现象
4.2.2 毛细水带模型
4.2.3 理想土的毛细上升现象
4.2.4 实际土的毛细上升现象
4.3 毛细上升速率
4.3.1 从饱和渗透系数推导的表达式
4.3.2 从非饱和渗透系数推导的表达式
4.3.3 试验验证
4.4 毛细孔径分布
4.4.1 理论基础
4.4.2 孔隙几何形状
4.4.3 孔径分布计算步骤
4.5 吸应力
4.5.1 两球状颗粒之间的作用力
4.5.2 透镜形水里的压力
4.5.3 毛细作用产生的有效应力
4.5.4 有效应力参数与含水量的关系
本章习题
……
第Ⅱ部分 应力现象
第Ⅲ部分 流动现象
第Ⅳ部分材料变量测量与模拟
参考资料
索引

土的工程特性与地基基础设计：土力学原理与应用 导言 土作为地球表面最普遍的工程材料，其力学行为直接决定了岩土工程结构（如地基、边坡、挡土墙和隧洞）的稳定性和耐久性。本书《土的工程特性与地基基础设计》旨在系统、深入地探讨土体的基本工程性质、渗透性、变形特性、强度与应力状态分析，并在此基础上，详细阐述地基承载力、沉降计算、边坡稳定分析以及浅基础和深基础的设计理论与实践方法。本书的编撰立足于经典的土力学理论，并结合现代工程实践中面临的复杂工况，为岩土工程师、结构工程师、土木工程专业学生及相关科研人员提供一部全面、严谨且具有高度实用价值的参考著作。 第一部分：土的基本性质与分类 本部分将从宏观和微观层面剖析土体的本构特征。首先，详细介绍土体的三相组成（土颗粒、水、空气），引入孔隙比、含水量、比重、空隙率和饱和度等基本参数，并阐明它们之间的相互关系。通过对土体的颗粒级配（筛分试验、比重试验）和界限含水量（阿特伯格界限——液限、塑限、粘土活动度）的讨论，掌握土体的工程分类体系，特别是统一土体分类系统（USCS）的应用。 深入探讨土体结构的概念，包括黏土的晶体结构、扩散双电层理论以及絮凝结构和分散结构对土体宏观力学性质的控制作用。介绍土体的密度和有效应力原理，着重阐述孔隙水压力在静水力平衡和渗流过程中的关键作用，为后续的强度和变形分析奠定理论基础。 第二部分：土的渗透性与渗流分析 土体的渗透性是影响地基长期沉降、地下水控制和结构稳定性的核心因素。本章首先阐述渗流的基本概念，包括达西渗流定律的物理意义、适用条件及其流量计算方法。详细介绍测定土体渗透系数的室内试验（常水头法、率定水头法）和现场试验（抽水试验、压水仪试验）。 重点分析非均质土层中的渗流问题，引入渗透张力、渗透梯度和渗透力。深入讨论渗透力对土体稳定性的影响，包括管涌现象的发生条件与防治措施，以及浸润线在边坡和基坑中的确定方法。最后，结合势流理论，应用绘图法（流网法）和数值分析方法处理复杂的渗流边界条件和土体结构下的二维渗流问题，并讨论土工合成材料在控制渗流和加固土体中的应用。 第三部分：土的变形与固结理论 土体的变形是岩土工程中的主要关注点，其计算精度直接关系到结构的服役性能。本部分详述土的变形特性，特别是黏性土的压缩性。引入应力-应变关系，重点讨论土体在一维、二维和三维条件下的弹性、塑性和黏弹性变形行为。 核心内容聚焦于土的固结理论。详细阐述Terzaghi的一维固结理论，包括瞬时沉降、超静孔隙水压力消散过程和时间影响系数。导出并分析固结微分方程的解析解，精确预测不同边界条件下的沉降量和时间。讨论影响固结过程的关键参数，如有效应力路径、固结度与变形的关系。此外，引入e-log p 曲线和压缩指标（压缩系数 $C_c$、压缩指数 $C_s$、压缩刚度 $C_c'$），用于评价土体的压缩性能。针对非均匀荷载和固结度分析，探讨e-log p 曲线的推导与应用。 第四部分：土的强度与应力状态分析 土的抗剪强度是决定边坡稳定、地基承载力和挡土结构安全性的根本指标。本章系统阐述土的剪切破坏准则，核心围绕库仑破坏准则和摩尔-库仑准则展开。详细介绍室内抗剪强度试验，包括直剪试验、三轴压缩试验（UU、CU、CD试验）和直剪试验，重点分析有效应力和孔隙水压力在确定抗剪强度参数（内摩擦角 $phi$ 和黏聚力 $c$）中的作用。 深入探讨土体的应力路径和强度特性。阐述应力状态参数（如 $p$ 值和 $q$ 值）在三轴试验中的意义，分析临界状态土力学（Critical State Soil Mechanics, CSSM）的基本概念，包括平均有效应力、偏应力以及土体的正常固结线（NCL）和临界状态线（CSL）。探讨不同应力历史（正常固结土、超固结土）对土体强度的影响。最后，讨论影响土体强度的其他因素，如应变速率和应力状态的各向异性。 第五部分：地基承载力与沉降计算 本部分将理论知识应用于实际地基设计。首先，基于土体强度理论，详细推导浅基础的极限承载力公式，包括Terzaghi承载力系数和Meyerhof、Hansen等人的修正公式。讨论基础埋深、基础形状、土体倾斜荷载和地基坡度对承载力的影响。介绍现场承载力试验（如平板载荷试验）的应用。 针对地基变形问题，系统阐述沉降计算方法。区分弹性沉降、固结沉降和二次固结沉降。利用分层总和法和弹性力学方法计算由结构荷载引起的基础沉降，并讨论允许变形标准和差异沉降控制。强调对软土地基和复杂土层条件下沉降计算的特殊考量。 第六部分：边坡稳定分析与设计 边坡稳定是岩土工程中的关键安全问题。本章侧重于土坡和岩土斜坡的稳定性评价。介绍极限平衡法，重点阐述常应力法（Swedish Circle Method）和Bishop法（基于有效应力分析），用于确定滑动面和计算安全系数。详细讨论在饱和或渗流条件下的边坡稳定性分析，如何将渗透力纳入安全系数计算。 讨论影响边坡稳定性的因素，如地下水位变化、降雨入渗和地震荷载。介绍边坡支护结构（如锚杆、挡土墙、重力式支护）的设计原则及其与土体的相互作用。探讨边坡监测技术和边坡预警系统的建立。 第七部分：挡土结构与基坑工程 本部分关注地下结构与土体的相互作用。详细介绍被动土压力和主动土压力的计算理论，包括Rankine理论和Coulomb理论的适用范围及应用。重点讲解静止土压力的概念及其在设计中的重要性。 深入探讨挡土墙的设计，包括重力式挡墙、悬臂式挡墙和锚定式挡墙的设计计算，涉及墙身稳定性验算（倾覆、滑动、整体失稳）和基础抗滑移验算。在基坑工程方面，分析支护结构（如桩墙、地下连续墙）的设计原则，讨论基坑开挖引起的周围地面隆起和地下水位降落对邻近结构的影响，并介绍监测预警体系的建立。 结论 本书通过对土体力学核心原理的系统梳理和工程应用方法的详尽阐述，旨在构建一个从基础理论到实际工程问题的完整知识体系。所涵盖的内容既是对经典土力学理论的坚实回顾，也是对现代岩土工程设计方法的实践指引，为读者提供解决复杂工程问题的必备工具和科学思维。

评分☆☆☆☆☆

这本书《非饱和土力学》简直是给我打开了一个全新的世界！我一直以为土力学就是讲那些饱和的、浑浑噩噩的土，结果翻开这本书才发现，原来在地下深处，还有那么多“干渴”或者“半干半湿”的土，它们有着完全不一样的脾气和行为。书里的例子特别生动，比如讲到路基沉降，以前我只知道水多了会软，没想到水少了（或者说相对少了）土也会变得非常不稳定，甚至会导致边坡滑坡。作者用了很多图表和公式来解释这些现象，虽然一开始看得有点吃力，但慢慢嚼着嚼着就明白了。最让我印象深刻的是关于“基质势”的讲解，这个概念太重要了！它解释了为什么非饱和土里的水会移动，为什么有时候土壤在干燥后又会吸水膨胀。我之前在做一个项目的时候，遇到过一个奇怪的现象，就是土壤在施工过程中明明是干燥的，但是过一段时间后却出现了不均匀沉降，当时怎么也找不出原因，现在想想，很可能就是非饱和土的特性在作祟。这本书就像一位经验丰富的工程师，手把手地教你如何理解和应对这些复杂的土壤行为，真的非常实用。

评分☆☆☆☆☆

读《非饱和土力学》这本书，就像是进行了一场关于土壤“情绪”的探索之旅。它不再把土壤看作是简单的材料，而是赋予了它生命力，解释了它在不同含水量下的“喜怒哀乐”。我一直觉得，土木工程很多时候就是和这些“情绪”打交道，如果不能理解，就容易做出错误的判断。这本书在解释“应力状态”这个核心概念时，非常巧妙地引入了“有效应力原理”在非饱和土中的扩展，让我明白了为什么同一个土体，在不同的含水量下，其承载能力会产生如此巨大的差异。尤其是关于“空气相”在应力传递中的作用，这个观点之前我很少接触到，但细细想来，确实是影响土体行为的关键因素之一。书中还提到了很多实验方法，比如三轴试验、直剪试验等在非饱和土中的应用，这些实验细节的描述，让我感觉自己仿佛亲身参与了实验过程，对理论的理解也更加深刻。这本书的语言虽然严谨，但又不失生动，像是在与一位知识渊博的导师对话，引导你一步步解开非饱和土的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书《非饱和土力学》对我而言，不仅仅是一本技术书籍，更像是一本“行为指南”。它教会我如何去“读懂”土壤在不同水分条件下的“心思”。我一直觉得，土木工程的很多难题，都源于我们对地下复杂环境的理解不足，而这本书恰好弥补了我的这一盲区。它在讲解“渗流”理论时，不仅仅关注了饱和状态下的 Darcy 定律，更是把非饱和状态下的多相渗流过程讲得非常透彻，包括毛管作用、水汽迁移等。这对于处理像地下水控制、渗漏分析等问题至关重要。书中还强调了“应力历史”对非饱和土性质的影响，这一点我之前很少被重视，但读完后才意识到，即使是相同的土，经历了不同的干湿循环，其表现也会截然不同。这让我对未来在选择地基材料和设计工程结构时，有了更全面的考量。这本书的结构清晰，逻辑严密，每一章的内容都紧密相连，形成了一个完整的知识体系，确实是一部值得反复研读的著作。

评分☆☆☆☆☆

《非饱和土力学》这本书的价值，在于它提供了一种全新的视角来审视我们熟悉的“土”。我之前做工程的时候，很多时候都是按照“饱和土”的经验来处理，这次读了这本书，才意识到这种做法可能存在很大的风险。书中对“吸力”（suction）的深入剖析，让我对地基在干燥条件下的行为有了更直观的认识。我记得有一次在做一个老建筑的加固项目，发现墙体出现了很多细微的裂缝，当时我们怀疑是沉降引起的，但找不到明显的原因。现在回想起来，很可能是由于附近绿化带的浇水或者干旱，导致了地基土的含水量变化，从而引起了土体的变形。这本书详细介绍了这种“吸力”对土体刚度和强度的影响，并提供了相应的计算模型，这对于我今后分析类似问题提供了非常有力的工具。书中对“孔隙水压力”和“孔隙气压力”的区分处理，也让我对土体内的真实应力状态有了更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

我之前对土力学一直停留在非常基础的层面，知道一些应力、应变、固结之类的基本概念，但这次读完《非饱和土力学》后，感觉我的知识体系被彻底颠覆了。这本书的深度和广度都令人惊叹，它不仅仅是在讲解理论，更是在带领读者去探索非饱和土力学背后深刻的物理机制。我特别喜欢其中关于“水汽迁移”和“干湿循环”的章节，这些都是我在接触的工程案例中经常遇到的问题，但从来没有一个清晰的理论框架来解释。比如，在某些干旱地区，夏季高温会导致地表土层水分蒸发剧烈，但深层土中的水分会通过毛细管作用向上迁移，这种过程对地基的稳定性会产生什么影响？这本书给了我非常详尽的答案，并且提供了相关的计算模型。我还注意到，书中对数值模拟方法的介绍也相当到位，对于我这种需要进行复杂工程模拟的人来说，这无疑是一笔宝贵的财富。虽然一些复杂的公式推导需要花时间去理解，但整体的逻辑非常清晰，作者善于将抽象的理论与实际工程应用相结合，这一点非常值得称赞。

评分☆☆☆☆☆

正在学习，要用到。从非饱和土的应力现象、应变现象、流动现象来写的，挺好的

评分☆☆☆☆☆

原版书，很不错的。

评分☆☆☆☆☆

高尔基先生说过：“书籍是人类进步的阶梯。”书还能带给你许多重要的好处。

评分☆☆☆☆☆

内容相对专业，总体读起来还不错。。。

评分☆☆☆☆☆

书质量不错，内容比较好。

评分☆☆☆☆☆

有褶皱，不开心，不开心，不开心

评分☆☆☆☆☆

不克言状的绝妙境界。当心情愉快的时候读书，它会带给你更加舒畅的惬意；

评分☆☆☆☆☆

听过卢宁的一次讲座，才来买的

评分☆☆☆☆☆

很实用的一本书，非常值得看。