內容簡介
《高等岩土力學》係統、深入地闡述瞭岩土力學的基本概念、基本理論和基本方法,全書共10章,內容大緻分為三個部分:第一部分介紹岩土的物理、力學及水理性質,岩土的強度理論、本構關係與彈塑性理論框架;第二部分論述岩土力學工程問題,包括擋牆岩土壓力計算、邊坡穩定性分析、地下硐室圍岩壓力與穩定分析和地基變形與承載力計算等;第三部分闡明岩土力學數值計算方法、岩土動力學特性及岩土力學的進展。
《高等岩土力學》主要供岩土工程、地質工程、采礦工程、結構工程、道路與橋隧工程等專業的研究生和高年級本科生作為教材使用,也可作為相關科研人員和工程師的參考書。
內頁插圖
目錄
第1章 緒論
1.1 岩土力學的概念、特點及研究方法
1.2 岩土力學的研究內容與工程問題
1.2.1 岩土力學研究的內容
1.2.2 岩土力學研究的工程問題
1.3 岩土力學的發展與展望
第2章 岩土的基本力學特性
2.1 基本試驗資料
2.1.1 直剪試驗
2.1.2 固結試驗
2.1.3 常規三軸試驗
2.1.4 真三軸試驗
2.2 土的變形特性
2.2.1 基本變形特性
2.2.2 一般變形特性
2.2.3 土的變形機製
2.3 土的強度特性
2.3.1 土的破壞與強度
2.3.2 抗剪強度公式
2.3.3 黏性土的強度
2.3.4 粗粒土的強度
2.3.5 強度影響因素
2.4 岩石的基本力學性質
2.4.1 岩石的強度
2.4.2 岩石的變形
2.5 岩體的基本力學性質
2.5.1 岩體結構麵力學特徵
2.5.2 岩體的變形
2.5.3 岩體的強度
第3章 岩土的滲透性及滲流
3.1 概述
3.2 岩土的滲透性
3.2.1 滲流基本概念
3.2.2 滲透定律
3.2.3 滲透試驗與滲透係數
3.3 滲流基本方程
3.3.1 基本方程
3.3.2 邊界條件
3.3.3 初始條件
3.3.4 基本方程的應用
3.4 勢流與流網
3.4.1 勢流與勢函數
3.4.2 等勢綫
3.4.3 流綫
3.4.4 流網
3.5 滲流有限元計算
3.5.1 水頭變分方程
3.5.2 變分方程的離散
3.5.3 浸潤麵邊界的處理
3.6 滲透破壞與控製
3.6.1 滲流力
3.6.2 流砂或流土現象
3.6.3 管湧現象和潛蝕作用
第4章 岩土強度理論
4.1 強度條件的形式
4.1.1 第一種形式
4.1.2 第二種形式
4.1.3 第三種形式
4.1.4 破壞麯綫
4.1.5 岩土類材料的屈服與破壞特性
4.2 經典強度理論
4.2.1 Coulomb.Mohr屈服準則
4.2.2 Tresca準則
4.2.3 Mises準則與Drucker-Prager準則
4.2.4 Lade.Duncan準則及Lade準則
4.2.5 格裏菲斯(Griffith)理論
……
第5章 岩土黏彈塑性理論框架
第6章 岩土體型變形計算
第7章 岩土的動力特性
第8章 岩土工程問題
第9章 岩土力學數值分析方法
第10章 岩土力學的最新進展
參考文獻
精彩書摘
第1章 緒論
1.1 岩土力學的概念、特點及研究方法
岩石力學(Rock Mechanics)是研究岩石或岩體在外力作用下的應力、變形及其破壞規律等力學特性的學科,該學科是解決與岩石工程相關技術問題的理論基礎。岩石屬於固體,岩石力學應屬於固體力學的範疇。一般,從宏觀意義上把固體看做連續介質,但是岩體不但有微觀裂隙,而且有層理、片理、節理以至於斷層等不連續麵。岩體不是連續介質,而且常錶現為各嚮異性或非均質性。岩石中若含水,它又錶現為兩相體。從這些方麵來看,岩石力學又是固體力學與地質科學的邊緣科學。其應用範圍涉及采礦、土木建築、水利水電、鐵道、公路、地質、地震、石油、地下工程、海洋工程等與岩石工程相關的眾多工程領域。
土力學(Soil Mechanics)是研究土體的應力、變形、強度、滲流及長期穩定性的學科。廣義的土力學又包括土的成因、組成、物理化學性質及分類在內的土質學。土力學也是一門實用的學科,它是土木工程的一個分支,主要研究土的工程性質,解決與土體相關的工程問題。
從上述兩門學科的定義可以看齣,其內容與方法以及研究目標與應用範圍非常相似或相互交融,其主要差異僅體現在“岩石”與“土體”的材料特性,如果忽略這種差異,則兩者基本相同,因而可閤並成為一門統一的學科——岩土力學。
岩土力學(Rockand Soil Mechanics)是研究岩土體在外力作用下的應力、變形及其破壞規律等力學特性的一門學科,其目的是解決岩土工程相關的技術問題。
岩石(Rock)是組成地殼的基本物質,它是由礦物或岩屑在地質作用下按一定規律凝聚而成的自然地質體。按成因,可分為岩漿岩、沉積岩和變質岩。
岩體(Rockmass)是指一定工程範圍內的自然地質體,它經曆漫長的自然曆史過程,經受各種地質作用,並在地應力長期作用下,其內部保留各種永久變形和各種地質構造形跡,如不整閤、褶皺、斷層、層理、節理、劈理等不連續麵。岩石與岩體的重要區彆就是岩體包含若乾不連續麵。
岩體結構(Ilockmass Structure)是指岩體中結構麵與結構體的排列組閤特徵。因此,岩體結構包括兩個基本要素,即結構麵和結構體。通常所謂結構麵,是指岩體內具有一定方嚮、延展較大、厚度較小的麵狀地質界麵,包括物質的分界麵和不連續麵,它是在地質發展曆史中、尤其是地質構造變形過程中形成的。被結構麵分割而形成的岩塊,四周均被結構麵所包圍,這種由不同産狀的結構麵組閤切割而形成的單元體稱為結構體。
……
前言/序言
《工程地質學導論》 前言 地球,我們賴以生存的傢園,其地錶之下蘊藏著韆姿百態的岩石、土壤和地下水,它們共同構成瞭我們活動的物質基礎。工程建設,無論是宏偉的橋梁、高聳的摩天大樓,還是深邃的隧道、廣闊的水利樞紐,都與這片大地緊密相連。如何科學地認識和利用這片大地,如何規避其可能帶來的風險,是工程實踐中至關重要的一環。《工程地質學導論》旨在為讀者提供一個全麵而係統的工程地質學基礎認知,引導大傢理解地球科學原理在工程領域中的應用,培養分析和解決工程地質問題的能力。 本書並非一本艱深的理論專著,而是側重於工程地質學的基本概念、核心原理和實際應用。我們將從地球的構造與演化齣發,逐步深入到岩石與土體的性質,探討地下水的賦存與運動,以及各種地質現象對工程的影響。本書的目標是讓每一位讀者,無論其專業背景如何,都能對工程地質學有一個清晰而深刻的理解,為日後的工程實踐打下堅實的基礎,或是在相關領域進行更深入的探究。 第一章:地球的構造與演化——工程地質學的宏觀視角 工程地質學研究的對象是地球的岩石圈,而岩石圈的形成與演化是理解其性質和行為的基礎。本章將帶領讀者穿越時空,迴溯地球的漫長曆史。 地球的圈層結構: 我們將認識地球內部的幾個主要圈層——地殼、地幔和地核。重點將放在地殼,這是我們工程活動的主要界麵。瞭解地殼的厚度、成分和物理性質,例如大陸地殼與海洋地殼的差異,對於理解不同區域的地質構造和工程條件至關重要。 闆塊構造理論: 這是現代地質學最重要的基石。我們將探討闆塊的運動如何導緻瞭地震、火山活動、造山運動等一係列地質現象。這些宏觀的地質過程直接塑造瞭地錶的形態,並對工程的選址、設計和施工帶來顯著影響。例如,活動斷裂帶附近地區的工程建設需要特彆謹慎。 地質年代與地質圖: 理解地質年代劃分,能夠幫助我們認識不同時期形成的岩石的特點,以及它們所經曆的地質事件。地質圖是工程地質勘察的基礎工具,它直觀地展示瞭地錶岩性、構造、斷層、岩性界綫等信息,是工程師進行初步選址和瞭解場地地質背景的眼睛。 第二章:岩石與土體的性質——工程地質學的微觀基礎 工程建設直接與岩石和土體打交道,因此深入理解它們的物理和力學性質是核心任務。本章將詳細介紹這些性質及其測量方法。 岩石的分類與性質: 岩漿岩、沉積岩、變質岩: 從成因上區分這三大類岩石,並瞭解它們各自常見的岩性、形成環境和基本性質。例如,花崗岩和玄武岩在工程上的應用差異。 岩石的物理性質: 包括密度、孔隙度、飽和度、岩石強度(單軸抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度)、彈性模量、泊鬆比等。這些參數直接決定瞭岩石在承載荷下的變形和破壞行為。 岩石的力學性質: 重點介紹岩石的變形特徵(彈性、塑性)和破壞模式。我們將探討在不同應力狀態下(單軸、三軸)岩石的強度和變形規律,以及溫度、水分等因素對岩石性質的影響。 岩石的工程分類: 介紹常用的岩石工程分類方法,如RQD(岩石質量指標)、RMR(岩石質量評級)等,這些方法能夠將復雜的岩石性質轉化為易於工程應用的評價指標。 土體的分類與性質: 土體的分類(粒組劃分): 介紹根據顆粒大小劃分的土體類型,如砂土、粉土、粘土、礫石以及混閤土。理解顆粒組成是認識土體性質的起點。 土體的物理性質: 包括土的密度(天然密度、乾密度)、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數、顆粒級配等。這些是評價土體工程性質的基本參數。 土體的力學性質: 抗剪強度: 這是土體能否穩定承載的關鍵。我們將詳細介紹庫侖摩擦定律,以及粘聚力和內摩擦角在確定土體抗剪強度中的作用。 壓縮性與固結: 介紹土體在荷載作用下的壓縮變形,特彆是粘性土的固結過程,以及影響固結速率的因素(滲透係數、厚度)。 滲透性: 土體中水分的流動性,對邊坡穩定、基坑開挖、地下工程防水等有重要影響。 土體的工程分類: 介紹如美國的USCS(統一土工分類係統)和AASHTO(美國州公路和交通官員協會)分類係統,這些係統將土體按其工程特性進行分類,便於選擇閤適的工程處理方法。 第三章:地下水及其工程效應——看不見的潛藏力量 地下水並非靜止的存在,它在地殼中流動,對工程的穩定性、耐久性以及施工條件産生深遠影響。 地下水的賦存與運動: 含水層、隔水層: 區分不同類型的含水介質,理解地下水的儲存和傳遞機製。 地下水的類型: 潛水、承壓水、上層滯水等,瞭解它們在空間上的分布和形成原因。 地下水的運動規律: 達西定律是描述地下水流動的基本定律,我們將介紹滲流速度、水力坡度、滲透係數等概念。 地下水對工程的影響: 對邊坡穩定性的影響: 地下水壓力降低瞭土體的有效應力,從而減小瞭邊坡的抗剪強度,是邊坡失穩的重要誘因。 對基礎承載力的影響: 地下水會降低土體的強度,影響樁基和淺基礎的承載能力。 對基坑開挖的影響: 地下水湧入會增加基坑的支護難度,可能導緻坑壁失穩。 對地下工程的影響: 滲透、腐蝕、凍脹等問題。 地下水資源評估與保護: 在工程建設中,也需要關注對地下水資源的閤理開發利用和環境保護。 第四章:地質災害與工程安全——風險的識彆與規避 地球並不是總是平靜的,各種地質災害常常對工程構成威脅。本章將介紹常見的地質災害及其工程地質評價。 滑坡與崩塌: 成因機理: 自然因素(降雨、地震、河流衝刷)和人為因素(坡體開挖、荷載增加)。 滑坡體結構與破壞模式: 瞭解滑坡的滑動麵、滑動體、堆積體等特徵。 工程地質評價與防治: 如何通過地質勘察識彆滑坡危險區,以及常用的加固和排水措施。 地震與工程: 地震的形成與分類: 地震波的傳播,震級與烈度的概念。 地震對工程的影響: 地震波引起的地麵震動、液化、地錶變形、滑坡等。 抗震設計的基本原則: 如何根據場地地震條件進行工程場地評價和結構抗震設計。 地麵沉降與塌陷: 成因: 過度開采地下水、地下采空區、岩溶發育等。 對工程的影響: 建築物傾斜、開裂,地下管綫破壞,城市內澇等。 防治措施: 調控地下水開采,迴填采空區等。 其他地質災害: 如泥石流、火山活動、地裂縫等,介紹其基本特徵和工程地質關注點。 第五章:工程地質勘察與評價——科學決策的基石 工程地質勘察是工程建設前期最重要的工作之一,它為工程設計、施工和運營提供必要的地質信息。 勘察的目的與任務: 明確勘察工作旨在查明工程場地的地質、水文地質工程地質條件,評價其對工程的影響,提齣建設性意見。 勘察的類型與方法: 鑽探、探槽、坑探: 常見的地質勘探手段,獲取地層柱狀圖、岩土樣本。 物探方法: 如電法、地震法、磁法等,用於快速探測地下地質構造和岩性變化。 原位測試: 如靜力觸探、標準貫人試驗(SPT)、十字闆剪切試驗等,直接測量土體的力學參數。 室內土工試驗: 對采集的土樣進行詳細的物理和力學性質測試。 遙感與GIS技術: 在區域地質調查和災害監測中的應用。 工程地質評價: 場地適宜性評價: 綜閤分析場地的地質條件、地質災害風險,判斷其是否適閤工程建設。 承載能力評價: 評估地基土的承載能力,為基礎設計提供依據。 變形與穩定性評價: 預測工程結構在荷載和地質條件作用下的變形和穩定性。 對工程風險的識彆與分析: 結閤地質條件和工程特點,分析可能存在的地質風險。 第六章:工程地質問題在不同工程中的應用——實踐中的智慧 工程地質學並非孤立的學科,它與各類工程實踐緊密結閤。本章將聚焦幾個典型的工程領域,展示工程地質學的應用。 房屋建築工程: 淺基礎、樁基礎的設計與選型,地下室防水,高層建築地基處理。 交通工程: 道路、鐵路、機場的路基和路麵設計,橋梁、隧道、地鐵的選址與設計,滑坡、崩塌的防治。 水利工程: 水庫大壩的壩址選擇與穩定性評價,水電站、渠道、港口的水文地質問題。 地下工程: 隧道掘進、地鐵車站、地下廠房的設計與施工,岩溶、斷層、湧水等問題的處理。 礦山工程: 礦産資源的勘探與開發,邊坡穩定性,采空區治理。 結語 《工程地質學導論》提供瞭一個認識地球、理解工程與地質之間相互作用的窗口。地球科學的奧秘與工程實踐的挑戰在這裏交匯。希望本書能夠激發讀者對工程地質學的興趣,培養嚴謹的科學態度和解決實際問題的能力。在未來的工程實踐中,充分考慮和尊重地質條件,將是實現工程安全、經濟、可持續發展的關鍵。 附錄(可選,此處略去) 參考文獻(可選,此處略去)