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第1章 绪论1

1.1非饱和土的土水特性和弹塑性模型研究现状1

1.1.1吸力和土水特征曲线1

1.1.2非饱和土应力变量研究2

1.1.3非饱和土的弹塑性本构模型3

1.2黄土的工程性质研究现状6

1.2.1黄土的定名6

1.2.2黄土的强度理论7

1.2.3黄土的应力-应变数学模型7

1.2.4黄土的湿陷变形理论7

1.2.5黄土的动力理论9

1.2.6黄土的结构理论10

1.2.7非饱和黄土理论11

1.3膨胀土的工程性质研究现状12

1.3.1膨胀土的矿物成分与结构研究13

1.3.2膨胀土胀缩机理的研究14

1.3.3膨胀土的强度研究14

1.3.4膨胀土变形的研究16

1.4硫酸盐渍土的工程性质研究现状16

1.4.1硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀水分和盐分迁移17

1.4.2硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀率研究19

1.4.3硫酸（亚硫酸）盐渍土盐冻胀应用研究20

1.5本书主要内容22

第2章 非饱和土有效应力的新表述25

2.1以应力传递机理为基础的有效应力表达式26

2.1.1非饱和土中力传递机理分析26

2.1.2从土单元体出发推导非饱和土有效应力公式27

2.1.3从土颗粒传递应力出发推导非饱和土有效应力公式32

2.1.4从收缩膜传递应力出发推导非饱和土有效应力公式35

2.1.5三种方法推导的有效应力公式比较36

2.2有效应力表达式中参数的确定36

2.2.1常规三轴应力状态下有效应力参数确定37

2.2.2三维应力状态下有效应力参数确定40

2.2.3黄土增湿湿陷情况下的有效应力参数确定42

2.2.4膨胀土增湿变形情况下的有效应力参数确定43

第3章 非饱和土弹塑性本构关系探讨46

3.1水分滞回对应力-应变关系的影响46

3.1.1水分滞回对初始屈服的影响46

3.1.2强化过程中水分变化的影响50

3.1.3LC受水分滞回的影响52

3.2水分滞回和Bishop应力变量53

3.2.1初始屈服54

3.2.2强化过程54

3.2.3强度和Bishop应力变量55

3.3两种应力空间中的转换56

3.4非饱和膨胀土的本构关系探讨57

3.4.1BBM中LC线58

3.4.2BExM中LC线58

3.4.3水分滞回与LC屈服线60

第4章 黄土的强度特性66

4.1黄土的抗剪强度66

4.2黄土的抗拉强度67

4.2.1黄土抗拉强度的测试仪器和测试方法67

4.2.2黄土的抗拉强度特性68

4.3黄土的断裂强度71

4.3.1试验方法71

4.3.2几种典型断裂破坏准则对黄土的适应性71

4.3.3黄土断裂准则的建立72

4.4非饱和黄土的强度74

4.4.1三种非饱和土的强度表示形式74

4.4.2非饱和黄土等吸力三轴压缩试验74

4.4.3用等吸力三轴压缩试验确定的强度参数81

4.4.4非饱和黄土的三轴压缩试验方法研究84

4.4.5用有效应力新表达式表述的非饱和黄土的强度89

4.5非饱和黄土的屈服强度准则93

4.5.1屈服强度准则的建立93

4.5.2原状黄土真三轴试验96

4.5.3总应力和有效应力条件下应力参数的区别100

4.5.4常见的几个屈服强度准则101

4.5.5几个典型屈服强度准则对黄土的适应性102

第5章 黄土弹塑性模型试验研究与应用104

5.1土性指标和试验简介104

5.1.1土性指标104

5.1.2试验介绍104

5.2黄土的变形特性105

5.2.1总应力-应变关系105

5.2.2塑性应力-应变关系106

5.3常规三轴条件下弹塑性模型109

5.3.1临界状态线109

5.3.2确定拟似初始屈服面109

5.3.3弹塑性模型110

5.3.4黄土的弹塑性模型的特点111

5.4三维应力条件下的弹塑性模型112

5.4.1黄土的屈服强度准则112

5.4.2三维应力条件下弹塑性模型113

5.5应变空间中弹塑性本构关系113

5.5.1单独作用屈服面113

5.5.2奇异屈服面本构关系114

5.5.3应力空间屈服函数向应变空间转换115

5.5.4三维应变空间的流动法则115

5.6弹塑性有限元分析116

5.6.1弹塑性帽盖模型有限元方法116

5.6.2程序编制说明117

5.7宝鸡峡98km黄土渠道高边坡稳定分析119

5.7.1工程概况119

5.7.2滑坡形成的原因分析120

5.7.3土坡整治方案及稳定性评价121

5.7.4边坡整治方案有限元计算121

第6章 非饱和黄土增湿变形试验研究与应用123

6.1土样概况123

6.2试验方法及成果分析123

6.2.1初始孔隙气压力和孔隙水压力123

6.2.2不同偏应力下的吸力值变化123

6.2.3湿陷性黄土增湿变形过程孔压变化规律124

6.2.4非饱和湿陷性黄土增湿变形特征127

6.3湿陷性黄土在增湿变形条件下的有效应力130

6.4黄土增湿湿陷过程的三维有效应力分析132

6.4.1黄土湿陷应力-应变关系的数值表示132

6.4.2计算实例134

第7章 新疆坎儿井破坏机理及加固技术137

7.1新疆吐鲁番地区坎儿井概况137

7.1.1坎儿井工程及应用现状137

7.1.2坎儿井工程病害138

7.2吐鲁番坎儿井黄土的工程特性139

7.2.1坎儿井黄土物理性质与地层湿度分布规律139

7.2.2饱和黄土的强度和变形特性141

7.2.3非饱和黄土的强度和变形特性145

7.3坎儿井暗渠破坏机理150

7.3.1本构模型150

7.3.2坎儿井地层计算参数选取与网格151

7.3.3不同上覆土层厚度下黄土暗渠变形计算成果分析153

7.3.4坎儿井破坏机理分析155

7.4坎儿井暗渠加固处理新技术157

7.4.1坎儿井暗渠加固新技术157

7.4.2加固后坎儿井变形、应力分析158

第8章 南水北调中线工程穿黄南岸连接段明渠高边坡稳定性分析162

8.1工程概况及研究任务162

8.1.1工程概况162

8.1.2土层与地下水情况163

8.1.3研究任务165

8.2黄土边坡变形失稳机理与特点165

8.2.1天然黄土边坡失稳类型165

8.2.2南水北调中线穿黄南岸连接段明渠高边坡失稳形式分析166

8.3边坡地下水渗流计算167

8.3.1计算方法、模型边界及计算参数的选取167

8.3.2稳定渗流计算结果167

8.3.3非稳定渗流计算结果168

8.4极限平衡法边坡稳定计算168

8.4.1计算方法与参数168

8.4.2原设计方案计算结果169

8.4.3修改设计方案计算结果171

8.5高边坡静力有限元计算172

8.5.1计算模型与参数172

8.5.2原设计方案静力计算分析174

8.5.3修改设计方案静力计算分析178

8.6高边坡动力有限元计算179

8.6.1计算模型与参数179

8.6.2计算步骤181

8.6.3进口段计算成果分析182

8.6.4出口段计算成果分析184

8.7工程类比确定工程的稳定性184

8.7.1与陕西省宝鸡峡引渭工程98km塬边渠道高边坡工程类比184

8.7.2已建黄土高边坡工程实践经验总结186

第9章 非饱和膨胀土增湿变形试验研究与应用188

9.1试样制备和土的物理、化学性质简介188

9.1.1刘家梁膨胀土样188

9.1.2开发区膨胀土样189

9.1.3试样的制备190

9.2安康膨胀土的土水特征曲线试验191

9.3膨胀土一次浸水膨胀变形规律191

9.3.1不同初始干密度、含水率土样无荷一次性浸水膨胀试验192

9.3.2不同初始干密度、含水率土样一次性浸水膨胀后压缩试验193

9.3.3不同初始干密度土样侧限压缩稳定后一次性浸水膨胀试验196

9.3.4不同初始含水率土样侧限压缩稳定后一次性浸水膨胀试验197

9.3.5膨胀力试验198

9.4膨胀土侧限增湿变形试验199

9.4.1膨胀土增湿膨胀后侧限压缩试验199

9.4.2膨胀土侧限压缩后增湿膨胀试验201

9.4.3原状膨胀土样膨胀变形试验203

9.5膨胀土三轴增湿变形试验204

9.5.1试验仪器简介204

9.5.2膨胀土三轴浸水变形试验204

9.6膨胀土增湿剪切试验研究209

9.6.1试验仪器和试验方法简介209

9.6.2不同初始含水率的膨胀土常规直剪试验210

9.6.3膨胀土增湿剪切试验211

9.6.4两种不同剪切试验抗剪强度比较219

9.7膨胀土增湿变形计算模式222

9.7.1相同含水率不同初始干密度的膨胀土侧限膨胀力的计算模式222

9.7.2一次性浸水饱和情况下膨胀土侧限膨胀率计算模式223

9.7.3增湿情况下膨胀土侧限膨胀率计算模式226

9.7.4膨胀土三轴应力条件下增湿变形计算模式231

9.8膨胀土增湿变形条件下的有效应力236

9.8.1吸力与剪应变、吸力与球应变曲线确定236

9.8.2膨胀土在增湿变形条件下的有效应力237

9.9膨胀土增湿变形计算模式的应用238

9.9.1膨胀土渠道地基浸水变形试验的基本情况238

9.9.2膨胀土渠道地基土性室内试验资料简介239

9.9.3计算模式选用239

9.9.4宁夏膨胀土渠道地基计算241

第10章 膨胀土地基及渠道离心模型试验242

10.1离心模拟技术242

10.2试验设备及测量仪器242

10.2.1LXJ-4-450土工试验离心机242

10.2.2土压力传感器243

10.2.3位移传感器243

10.2.4模型箱及加水装置244

10.3非饱和土基质吸力量测研究245

10.3.1基质吸力传感器245

10.3.2传感器的饱和247

10.3.3传感器的标定248

10.3.4传感器的埋设和测量试验248

10.4模型制作和试验步骤251

10.4.1土样概况251

10.4.2模型制作251

10.4.3试验方法和步骤256

10.5试验结果及分析256

10.5.1模型1试验结果与分析256

10.5.2模型2试验结果与分析259

10.5.3模型3试验结果与分析262

第11章 新疆水磨河细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土的盐-冻胀试验266

11.1水磨河细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土分布266

11.2硫酸（亚硫酸）盐渍土主要工程性质和工程地质问题269

11.3试验土料选择272

11.4试验研究内容273

11.5制样和试验设备简介274

11.6硫酸（亚硫酸）盐渍土单次盐-冻胀变形试验274

11.6.1不同含水量的单次盐-冻胀试验274

11.6.2不同干密度、不同硫酸钠含量的单次盐-冻胀试验279

11.7硫酸（亚硫酸）盐渍土无荷载多次盐-冻胀变形试验286

11.7.1试样的制备286

11.7.2无荷载条件下不同干密度、不同硫酸钠含量的多次冻融盐-冻胀变形随温度变化关系287

11.7.3无荷载、同一硫酸钠含量和不同干密度条件下多次冻融盐-冻胀规律292

11.7.4无荷载和不同硫酸钠含量条件下的多次冻融盐-冻胀规律295

11.8硫酸（亚硫酸）盐渍土有荷载多次盐-冻胀变形试验296

11.8.1试样的制备情况296

11.8.2有荷载条件下不同硫酸钠含量多次冻融盐-冻胀变形随温度变化关系297

11.8.3有荷载条件下不同硫酸钠含量多次冻融盐-冻胀规律304

11.8.4有荷载条件下最终、最大和不同冻融次数的盐-冻胀率308

11.9硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀力试验314

11.9.1试样制备314

11.9.2不同干密度、不同含水量、不同硫酸钠含量的盐-冻胀力随温度变化关系317

11.9.3不同干密度、不同硫酸钠含量的盐-冻胀力规律323

11.9.4不同含水量、不同硫酸钠含量的盐-冻胀力规律325

第12章 硫酸（亚硫酸）盐渍土工程特性在水利工程中的应用329

12.1新疆水磨河细土平原区硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀评价329

12.1.1盐渍土填筑土体盐-冻胀计算深度确定329

12.1.2盐渍土填筑土体盐-冻胀变形计算与原位观测对比分析335

12.2硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀变形和土体压实度降低规律342

12.3硫酸（亚硫酸）盐渍土填土允许硫酸钠含量分析344

12.4填土盐-冻胀变形对渠道衬砌结构的影响分析346

12.5填土水平盐-冻胀力对挡土结构稳定分析348

参考文献351