目录

前言

第1章 土体非稳态相变温度场的有限元法 1

1.1 非稳态相变温度场的有限元方程 1

1.2 边界条件的处理 5

1.3 土体冻融相变的处理 7

1.4 求解的特点 8

第2章 土体热参数及工程边界条件的确定 10

2.1 冻土热参数的确定 10

2.2 黄土热参数的确定 12

2.3 土体工程边界条件的确定 19

2.3.1 相变列阵{P1} 19

2.3.2 辐射换热列阵{P2} 19

2.3.3 对流换热列阵{P3} 22

2.3.4 蒸发耗热列阵{P4} 23

第3章 土体温度场计算与工程问题分析 27

3.1 青藏高原多年冻土路基温度场计算分析 27

3.2 黄土路基温度场数值分析 36

3.3 黄土高原浅层土体温度场数值分析 40

3.4 黄土高原最大冻深问题研究 44

3.5 黄土高原路面温度季节变化及日变化分析 48

3.6 基于温度场分析的多年冻土路基临界高度研究 53

第4章 非饱和土水分迁移机理及计算模型 62

4.1 非饱和土体二维水分迁移的有限元控制方程 62

4.1.1 采用三角形单元的二维水分迁移的有限元控制方程 63

4.1.2 采用四边形单元的二维水分迁移的有限元控制方程 64

4.2 非饱和土体水分迁移驱动力讨论 68

4.2.1 重力水头 68

4.2.2 基质吸力水头 71

4.2.3 温度水头 73

4.2.4 相变界面水头 75

4.3 非饱和土体水分迁移求解方法及特点 76

4.4 非饱和土体气态水迁移方程 77

第5章 非饱和土水分迁移参数 84

5.1 考虑密度影响的非饱和黄土渗透系数的试验研究 84

5.2 考虑密度影响的非饱和砂土土水特征曲线研究 90

5.3 考虑温度和密度影响的非饱和黄土土水特征曲线研究 96

5.4 非饱和土体气态水迁移特征的试验研究 103

5.5 非饱和黄土结合水的类型和界限划分 109

5.6 考虑制样因素的黄土土水特征曲线试验研究 119

5.7 冻融循环对黄土渗透性各向异性的影响 124

第6章 非饱和土体水分迁移工程问题分析 132

6.1 非饱和黄土路基水分场的数值分析 132

6.2 考虑降雨影响的非饱和黄土边坡水分场分析 140

6.3 管沟渗水下的黄土地基水分场数值分析 146

第7章 非饱和土体水热耦合问题研究 153

7.1 土体水热力耦合问题研究意义、现状及建议 153

7.2 非饱和土体水热耦合参数研究 160

7.2.1 含水量对热参数的影响 160

7.2.2 温度场对水分迁移的影响 161

7.3 非饱和土体水热耦合计算 162

7.4 温度作用下非饱和黄土水分迁移研究 165

7.5 冻结作用下非饱和黄土水分迁移问题研究 173

7.6 冻结作用下非饱和黄土水分迁移模型试验研究 179

第8章 考虑水热影响的非饱和土变形及强度问题 189

8.1 考虑水热影响的冻土应力变形数值模型 189

8.1.1 瞬时变形 190

8.1.2 蠕变变形 192

8.1.3 自身体积变形 194

8.2 多年冻土地区路基冻胀变形分析 197

8.3 考虑含水量影响的非饱和原状黄土冻融强度试验研究 203

8.4 考虑含水量和制样因素的黄土真三轴强度试验研究 209

8.4.1 兰州土样应力-应变曲线 211

8.4.2 西安土样应力-应变曲线 215

8.4.3 兰州黄土抗剪强度参数 216

8.4.4 西安黄土抗剪强度参数 218

8.4.5 黄土剪切过程中应力比变化规律 220

8.4.6 不同物质结构黄土强度特性对比 221

8.5 膨胀土增湿变形特性的试验研究 224

8.5.1 原状膨胀土试验 225

8.5.2 重塑膨胀土试验 230

8.6 考虑含水量和密度影响的压实黄土直剪试验研究 231

8.6.1 压实黄土的黏聚力与物理指标的关系 232

8.6.2 压实黄土的内摩擦角与物理指标的关系 234

8.6.3 考虑含水量和干密度影响的抗剪强度的确定方法 235

第9章 黄土节理渗透及强度问题研究 238

9.1 黄土节理二维稳态流流量方程 238

9.2 黄土节理渗水问题的试验研究 247

9.3 含节理黄土体渗流数值模型 253

9.4 原状黄土人工节理抗剪强度特性的试验研究 264

参考文献 2702100433B

受到气候因素及其他水源、热源的影响，非饱和土体中的温度场和水分场是变化的。这种变化对工程的稳定性有重要影响，但因其复杂性尚存在诸多疑难问题，受到研究人员和工程技术人员高度重视。《非饱和土水热传输机理及其工程问题分析》介绍了作者在非饱和土体水热随气候等的动态变化及由此引起的土体变形和强度破坏等方面的研究成果，包含非饱和土体温度场、水分场、应力场和位移场的机理性研究和工程问题分析，以期对读者深刻认识和分析非饱和土体水热问题有所裨益。

虽然岩土工程计算机分析在大多数情况下只能给出定性分析结果，但岩土工程计算机分析对工程师决策是非常有意义的。开展岩土工程问题计算机分析研究是一个重要的研究方向。岩土工程问题计算机分析范围和领域很广，随着计算机技术的发展，计算分析领域还在不断扩大。除前面已经谈到的本构模型和不同介质间相互作用和共同分析外，还包括各种数值计算方法，土坡稳定分析，极限数值方法和概率数值方法，专家系统、AutoCAD技术和计算机仿真技术在岩土工程中应用，以及岩土工程反分析等方面。岩土工程计算机分析还包括动力分析，特别是抗震分析。岩土工程计算机数值分析方法除常用的有限元法和有限差分法外，离散单元法(DEM)、拉格朗日元法(FLAC)，不连续变形分析方法(DDA)，流形元法(NMM)和半解析元法(SAEM)等也在岩土工程分析中得到应用。

根据原位测试和现场监测得到岩土工程施工过程中的各种信息进行反分析，根据反分析结果修政设计、指导施工。这种信息化施工方法被认为是合理的施工方法，是发展方向。

土体中含有气体使非饱和土的性质远比两相的饱和土复杂，饱和土的某些原理对非饱和土不再适用，或者需要重新论证。弄清非饱和土的基本性状和工程性状及其主要影响因素，在此感性认识的基础上进行性质抽象和关系抽象，建立非饱和土研究的基本思路，探索在工程中考虑这些性状的本构关系和定性的、定量的分析方法，提出合理的计算公式，选择合适的特性参数试验方法（尤其是吸力的量测技术），确定各特性参数量值的范围，并将分析结果在实践中进行验证和修正等：这些就是非饱和土力学研究的主要任务。

非饱和土体中存在着大小和形状多变的孔道体系，当水分很少时，水分只能占据细的“狭颈”孔道，且互不连续，这时气相与外界大气连通（平衡）。这种状态在俞陈划分法中称为“气开敞”。另一种与此相反，当土中的水分很多时，液相不仅占据了全部小孔道，而且也占据了大孔道，气相被液体分割包围，形成弧立气泡悬浮于液体中，气相完全被封闭，与大气不能连通，固液气三相的界面现象消失，这时，非饱和土与饱和土的性状差别主要在于前者孔隙中的液体是可压缩的，而后者孔隙中的液体不可压缩，此即为气相的“完全封闭状态”。上述两种情况比较极端，也比较简单，介于上述两阶段之间的形态，则要复杂得多。对此，有不同的划分法，三阶段划分法将其称为“双开敞”阶段，即气相和液相均向大气开敞的意思，但这样划分似乎过于简单化了。事实上，“双开敞”的形态是一个很不稳定的阶段。当水分从“气相完全连通形态”增大时，土体中的部分不连续水相可以逐步地接续起来，并与外界相通。但这种情况只是部分发生，其余部分仍保留着气相与外界（大气）连通的状况。在这一阶段，土体受压后的变形将是相当迅速的。这阶段在“四形态的划分”中称之为“气相的部分连通形态”。当土中的水分继续增多时，不连续水的接续现象会继续发展和漫延，由于毛细水的迁移，在土体的表部首先将会形成连续的水膜，从而把气相与大气暂时隔离开来。这时，气相仅在土体内部存在连通现象，它在四形态划分中称为“气相的内部连通形态”。研究表明，非饱和土处于“内部连通”与处于“部分连通”时的性状将有显著的不同。在上述四种形态中，不言而喻，部分连通与内部连通两种形态将是非饱和土力学的主要研究对象。因为对于完全连通状态，可以看作“干土”，问题比较简单；而对于完全封闭形态，则可将它简化为内部充满可压缩流体的饱和土，许多饱和土的成果可以延伸和利用，故不是非饱和土研究的重点。

这本《非饱和土性状及其边坡稳定性》由张芳枝、梁志松、周秋娟编著，结合近年来非饱和土的基本性状试验研究、非饱和土边坡渗流以及稳定性研究进展，总结并介绍了目前非饱和土性状试验成果，以及非饱和土边坡渗流特性和边坡稳定性分析成果。本书共分为5章，内容包括：非饱和土的土一水特征曲线试验研究概述，非饱和土变形和强度特性的试验研究，非饱和土的渗流特性，降雨条件下饱和一非饱和土坡的稳定性分析，非饱和土堤防渗流特性与稳定性分析。让读者了解非饱和土性状及其边坡稳定性研究新进展，包括非饱和土的变形、强度和渗流特性试验与研究成果，以及非饱和土边坡渗流和稳定分析的有关成果。

《非饱和土性状及其边坡稳定性》可作为水利、土建、岩土、地质等有关专业教师、研究生阅读，亦可作为相关科研和工程技术人员的参考用书。

这本《非饱和土性状及其边坡稳定性》由张芳枝、梁志松、周秋娟编著。采用多种手段研究非饱和土性状及其边坡稳定性，在理论和实践上都有重要意义。为此，本书作者开展了非饱和土的变形和强度特性、边坡稳定性及其数值模拟的研究，并介绍和总结了近年来其他研究者的成果。全书包括三部分内容：一是非饱和土的渗透、变形和强度特性试验研究；二是降雨条件下饱和一非饱和土坡的稳定分析；三是非饱和土堤防渗流特性与稳定性分析。