本书是大土木工程专业系列教材之一，专门为岩土工程专业的研究生而编写。本书涵盖了目前本课程教学的主要内容，汇集了相对成熟的理论，及近年来的新研究成果。本书共有10章，第1章绪论，第2章应力分析与应变分析，第3章岩土的破坏准则和屈服准则，第4章岩土的弹性理论，第5章岩土的塑性理论，第6章岩土的塑性模型，第7章岩土的粘性理论，第8章岩土的损伤理论，第9章土的扰动理论，第10章非饱和土的本构模型。

本书既可以作为研究生的教材，也可以作为工程技术人员的参考书，还可以作为相关专业研究生的参考书。

第l章 绪论

1.1 岩土本构理论的研究现状

1.1.1 建立在宏观现象学基础上的本构模型研究现状

1.1.2 土微观结构力学模型方面的研究

1.1.3 岩土本构模型研究的趋势

1.2 岩土材料的特性

1.2.1 土的主要性质

1.2.2 岩石的主要性质

1.3 建立本构理论的公理

参考文献

第2章 应力分析与应变分析

2.1 概述

2.2 应力状态

2.2.1 一点的应力状态

2.2.2 应力张量的坐标变换与分解

2.2.3 应力张量的主应力和应力不变量

2.2.4 八面体应力与广义剪应力

2.2.5 主应力空间与π平面

2.3 应变状态

2.3.1 应变张量

2.3.2 应变不变量与偏应变不变量

2.3.3 应变空间及应变7r平面

2.4 岩土体的初始应力状态

2.4.1 土体的初始应力状态

2.4.2 岩体的初始应力状态

本章小结

习题与思考题

参考文献

第3章 岩土的破坏准则和屈服准则

3.1 概述

3.2 Mohr—Coulomb准则

3.3 Tresca准侧与Zienkiwice—Pande准则

3.3.1 Tresca准则

3.3.2 广义Tresea准则

3.3.3 ZienKiwice—Pande准则

3.4 双剪应力准则

3.4.1 双剪应力准则的力学模型

3.4.2 双剪应力屈服准则

3.4.3 统一双剪应力屈服准则

3.4.4 准则评价

3.5 Mises准则与Drucker—Prager准则

3.5.1 Mises准则

3.5.2 Drucker-Prager屈服准则

3.5.3 准则评价

3.6 Lade—Duncan准则

3.6.1 Lade—Duncan准则屈服函数

3.6.2 Lade—Duncan准则的几何与物理意义

3.6.3 修正的L—D准则屈服函数

3.6.4 修正的L—D准则的几何与物理意义

3.6.5 修正的L—D准则的材料参数

3.6.6 L—D准则和修正的L—D准则的评价

3.7 其他屈服与破坏准则

3.7.1 松冈元一中井照夫(Matsuoka-Nakai)准则

3.7.2 Hoek—Brown准则

本章小结

思考题

习题

参考文献

第4章 岩土的弹性理论

4.1 概述

4.2 线性弹性本构关系

4.3 非线性弹性模型

4.3.1 Cauchy弹性模型

4.3.2 超弹性模型

4.3.3 次弹性模型

4.4 Duncan—Chang弹性模型

4.5 Izumi—Kamemura弹性模型

本章小结

习题与思考题

参考文献

第5章 岩土的塑性理论

5.1 概述

5.2 弹塑性模型理论

5.2.1 加载条件与加卸载准则

5.2.2 Druckert公设

5.2.3 流动法则

5.3 理想弹塑性模型

5.3.1 普遍的塑性本构关系

5.3.2 弹塑性刚度矩阵的几何意义与物理意义

5.4 塑性增量理论

本章小结

习题与思考题

参考文献

第6章 岩土的塑性模型

6.1 引言

6.2 理想塑性模型

6.2.1 Prandtl-Reuss模型

6.2.2 Drucker-Prager模型

6.2.3 Mohr-Coulomb模型

6.3 应变硬化模型

6.3.1 剑桥模型

6.3.2 Lade-Duncan模型

6.4 边界面模型

6.4.1 边界面模型的基本概念

6.4.2 Dafalias-Hermann边界面模型

6.5 内时塑性理论

6.5.1 基本概念

6.5.2 内蕴时间的概念

6.5.3 新型内时弹塑性本构方程

本章小结

习题与思考题

参考文献

第7章 岩土的粘性理论

7.1 概述

7.2 粘弹性理论

7.2.1 麦克斯威模型

7.2.2 开尔文模型

7.2.3 麦钦特模型

7.2.4 薛夫曼模型

7.2.5 广义开尔文模型

7.2.6 广义麦克斯威模型

7.3 粘塑性理论

7.3.1 宾海姆模型

7.3.2 弹塑体模型

7.4 粘弹塑性理论

7.4.1 一维弹粘塑性(EVP)模型

7.4.2 广义宾海姆弹粘塑性模型

本章小结

习题与思考题

参考文献

第8章 岩土的损伤理论

8.1 概述

8.2 损伤力学的一般概念

8.3 损伤函数

8.4 损伤模型

8.4.1 横观各向同性土的弹性损伤本构关系

8.4.2 横观各向同性土的非线性弹性损伤本构关系

8.4.3 结构性软土弹塑性损伤模型

8.4.4 土的细观损伤模型

本章小结

习题与思考题

参考文献

第9章 土的扰动理论

9.1 概述

9.2 扰动力学的一般概念

9.2.1 扰动状态概念及其基本原理

9.2.2 扰动状态概念特点

9.2.3 扰动状态概念与损伤理论的区别

9.3 扰动函数

9.4 扰动本构模型

9.4.1 考虑扰动影响的非线性弹性模型

9.4.2 考虑扰动影响的砂土弹塑性本构模型

9.4.3 考虑扰动影响的黏土弹塑性本构模型

本章小结

习题与思考题

参考文献

第10章 非饱和土的本构模型

10.1 概述

10.2 非饱和土的弹性模型

10.3 非饱和土的弹塑性模型

10.3.1 各向等压下非饱和土的变形特性及其弹塑性模拟

10.3.2 一般应力状态下非饱和土变形特性及其弹塑性模拟

10.3.3 非饱和土试验结果与模型预测

10.4 非饱和土的水力一力学特性耦合模型

10.4.1 非饱和土弹塑性模型存在的主要问题

10.4.2 非饱和土的应力状态变量

10.4.3 非饱和土的土水特性

10.4.4 各向等压应力状态下的本构关系

10.4.5 轴对称应力状态下本构模型

10.4.6 耦合模型的验证

本章小结

习题与思考题

参考文献 2100433B

对正冻饱和岩土介质的记忆效应和其中孔隙水迁移的正确描述是对其进行热学、力学分析的关键。为了描述正冻饱和岩土介质的记忆效应及其中的孔隙水迁移，本课题基于相场理论和混合物理论，首次建立正冻饱和岩土介质的相场理论。通过引入序参量把正冻饱和岩土介质的骨架和孔隙水处理成两种特殊固体。根据混合物理论，建立骨架及孔隙水的各类守恒方程。利用正冻饱和岩土介质的熵不等式，建立其本构关系。根据所建立的正冻岩土介质的一般相场理论，建立正冻岩土介质的具体相场理论。基于所建立的岩土介质相场理论，建立相应的有限元模型。利用该有限元模型，对正冻岩土介质和其与结构的相互作用进行数值模拟。为验证所建立的相场理论，本课题拟对正冻岩土介质进行相关试验。本课题的研究对相场理论及正冻岩土介质热力学理论的发展，对岩土介质冻胀、冻融的数值模拟及预报，对冻结法施工的设计计算，对水工混凝土的耐久性研究等均具有重要意义。

本课题从理论方面、数值计算方面和试验方面对饱和正冻土及其和桩基础的相互作用进行了系统的研究。在理论方面，本课题根据相场理论，建立了正冻饱和土的两种理论模型，即单相和两相孔隙水模型。单相孔隙水模型的特点是，通过引入序参量把孔隙流体处理成单相介质；两相孔隙水模型的特点是，把孔隙流体处理成固液两相介质，且基于相场理论，通过引入饱和度的梯度项来描述固液相的界面能。此外，本课题还建立了考虑记忆效应的单相物质发生相变时的相场模型，该模型能计及相变过程中和序参量变化相关的应力对应变历史的依赖。在数值模拟方面，我们重点对冻土和桩基础的相互作用进行了数值模拟。为了对冻土和桩基础的相互作用进行数值模拟，我们首先把正冻饱和土处理成层状地基，并建立了求解层状饱和土地基的反射透射矩阵(RTM)方法，利用上述RTM方法可得层状饱和土的基本解，据此可建立冻土中桩基础的Fredholm积分方程，利用上述积分方程对冻胀土及冻融土和桩基础的相互作用进行了数值模拟，对冻胀土所引起的桩基础的冻胀力及冻融土所造成的桩基础的负摩阻力进行了计算。在数值计算方面，我们还对和起始水力坡降固结相关的移动界面问题， Hansbo非达西渗流下的大变形固结问题及考虑非达西渗流和应力历史影响的软土非线性固结问题进行了研究。在试验方面，我们首先研究了冻结过程中的水分迁移现象，即对冻结过程中，饱和度、温度梯度、温度变化率及含盐率，对冻土中水分迁移和水分重分布的影响进行了系统的研究；对冻土冻结过程中分凝冰的形成规律进行了研究，对温度场、水分场和力场等三场耦合条件下分凝冰的形成规律进行了系统的研究；对桩基础和冻土的相互作用进行了试验研究，系统研究了冻结过程中，桩周土体的温度、桩顶的上拔位移及桩侧摩阻力等随时间的变化规律。此外，在本课题中，我们还对在静载和动载联合作用下，饱和软土的排水特性进行了试验研究。 2100433B

序

1 导言

1.1 岩土材料的结构性问题

1.2 岩土材料结构问题研究回顾

1.3 对岩土结构性问题的讨论

1.4 本书的结构、主要内容和特点

第一部分 岩土材料结构模型及其参数描述

2 岩土材料结构理论概要

2.1 岩土材料的特征

2.2 岩土材料结构模型及相关内容

2.3 岩土材料结构模型分析理论的主要思想和内容

2.4 基于岩土材料结构模型的分析理论与方法讨论

3 岩土材料颗粒形态研究

3.1 颗粒的几何形态参数及其描述

3.2 岩石结构面及颗粒模拟生成模型

3.3 颗粒搬运生成及生长型模型

4 岩土材料颗粒间连接关系及性能研究

4.1 颗粒形态及接触类型

4.2 颗粒接触类型及弹性域模型

4.3 小接触面颗粒接触的刚度计算

4.4 颗粒连接性能的影响特性分析

5 岩土材料结构网络几何拓扑关系及其描述

5.1 结构网络模型的基本假定

5.2 结构网络模型的描述

5.3 岩土材料结构网络的相关统计参数

5.4 特殊类型岩土材料结构网络模型的描述

第二部分 岩土材料结构的静态刚度分析

6 岩土材料结构静态剐度分析方法

6.1 岩土材料结构静态刚度分析的基本条件和内容

6.2 颗粒连接分析

6.3 颗粒链与力链分析

6.4 统计域分析理论

7 静态组构独立分布连接型颗粒材料本构模型

7.1 模型思路及基本假定

7.2 统计域上的能量等效均匀化

7.3 统计域上的本构模型

7.4 本构模型的若干问题讨论

8 引入形参数的颗粒系统的均匀化理论

8.1 形参数均匀化方法

8.2 常见类型位移模式和结构的形参数

8.3 一般结构形参数的确定方法探索

8.4 形参数意义及特点

9 稳定土体结构刚度等元胞正交模型

9.1 模型的基本假定和孔的描述

9.2 基于等元胞正交模型的土体性能分析

9.3 带孔结构的性能分析

9.4 模型分析结果的推广

第三部分 岩土材料结构的临界强度理论

10 岩土材料结构临界强度理论概述

1O.1 岩土材料结构临界强度

10.2 岩土材料结构破坏形式及其特征分析

10.3 岩土材料强度模型及其特点

11 岩土材料结构临界强度模型理论

11.1 土体简单颗粒结构强度模型

11.2 统计域上的结构强度

11.3 一些问题的思考

12 土体颗粒链强度模型

12.1 颗粒链强度模型

12.2 摩擦型颗粒链强度分析

12.3 基于颗粒稳定链的土体强度理论

12.4 颗粒链强度理论的工程应用思考及其结论

13 分形结构土体强度理论

13.1 分形结构的特点及其描述

13.2 分形结构的强度分析

13.3 分形土体结构强度问题的进一步讨论

第四部分 岩土材料结构的动态分析

14 岩土材料结构动态分析基础

14.1 岩土材料的结构动态变化特征

14.2 岩土材料动态分析的概念

14.3 岩土材料结构动态分析原理及方法

15 岩土材料结构动态分析的马尔科夫模型

15.1 基本假定和相关解释

15.2 结构演化模型

15.3 传递概率矩阵

15.4 结构演化的状态统计量及本构关系

16 岩土材料结构全状态理论

16.1 材料结构状态及状态可达网络

16.2 材料结构全状态理论及全状态函数的概念

16.3 基于材料结构全状态函数的本构关系模型

16.4 材料结构全状态函数的讨论

17 岩土材料结构性问题研究展望

17.1 理论研究

17.2 实验验证性研究

17.3 计算机模拟研究

17.4 宏观计算分析研究

参考文献