Name: 临界状态土力学
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描述

开本: 16开纸张: 胶版纸包装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787512144613

内容简介

　　一个好的理论或模型应该是理解和认识现实世界的一把钥匙，而临界状态土力学就是这样一把认识土的性质和行为的钥匙。临界状态土力学将土体的变形与强度问题有机地联系了起来，成为土力学发展史上的一个里程碑。作为现代土力学中具有基础性和重要性的一部分内容，国外已经出版了很多临界状态土力学教材，并将其作为土力学教学的重要内容，但国内目前却没有出版过这方面的中文教材。

本书将详细介绍临界状态土力学的基础知识，主要内容包括：土的一般力学性质和体积变形特性、土的体积变形和剪切变形的关系、剑桥模型及三维主应力空间和平面应变状态下剑桥模型的拓展。通过对上述知识的学习，读者可以了解到如何用统一的理论框架去描述和预测土的变形和破坏行为，如何得到土体基本的关系即土的本构关系。读者通过学习加深对土的工程性质的认识和理解，并为今后研究和创造性地开展土力学的应用提供理论基础。

作者简介

目　　录

1　土的一般力学性质和体积变形 1

　1.1 概述 1

　1.2 土的应力变量 4

　1.3 三维轴对称情况下的应力和应变 4

　1.4 土的一般力学性质 8

　1.5 土的体积变形 10

　1.6 正常固结状态与正常固结土 12

　1.7 土的各向同性压缩和膨胀 14

　　1.7.1 各向同性压力作用下土的行为 14

　　1.7.2 土的超固结状态 17

　1.8 土的一维压缩和膨胀 19

　　1.8.1 一维压缩和膨胀与各向同性压缩和膨胀的比较 19

　　1.8.2 一维压缩和膨胀与三维轴对称压缩和膨胀的比较 21

　1.9 思考题 23

　1.10 习题 23

2　几个基本概念及土的体积变形和剪切变形的关系 24

　2.1 土的临界状态 24

　　2.1.1 临界状态在三维轴对称情况下的表述 24

　　2.1.2 临界状态在二维平面应力空间的表述 29

　　2.1.3 砂土和超固结土的临界状态 30

　　2.1.4 临界孔隙比 35

　2.2 砂土的相变 35

　2.3 正常固结黏土的偏应力作用和体积变形 38

　　2.3.1 排水条件的影响 38

　　2.3.2 不排水实验结果 40

　　2.3.3 排水实验结果 41

　　2.3.4 Roscoe空间中不排水平面与排水平面 43

　　2.3.5 Roscoe面 45

　　2.3.6 关于坐标归一化的讨论 49

　　2.3.7 正常固结土的状态边界面 51

　　2.3.8 三轴排水路径的一些具体情况介绍 53

　　2.3.9 结论 55

　2.4 超固结土的偏应力作用和体积变形 56

　　2.4.1 超固结土的排水实验 56

　　2.4.2 超固结土的不排水实验 57

　　2.4.3 超固结土的Hvorslev面 58

　　2.4.4 完整的状态边界面 62

　　2.4.5 土的剪胀区和剪缩区的划分 68

　　2.4.6 超固结土峰值边界面的其他形式 70

　2.5 砂土的偏应力作用和体积变形 72

　　2.5.1 砂土三轴排水实验的结果 73

　　2.5.2 砂土三轴不排水实验的结果 75

　　2.5.3 砂土三轴剪切实验的一般性结论 76

　　2.5.4 砂土的状态参数 78

　　2.5.5 砂土剪胀的影响 81

　2.6 思考题 83

　2.7 习题 84

3　剑桥模型 85

　3.1　概述 85

　3.2 土的线弹性变形 86

　　3.2.1 各向同性线弹性变形 86

　　3.2.2 土的弹性墙 88

　　3.2.3 土的弹性应变的计算 90

　3.3 土的塑性变形 93

　　3.3.1 屈服面、加载面、破坏面和屈服函数 93

　　3.3.2 塑性势函数 94

　　3.3.3 相关联流动法则和非关联流动法则 95

　　3.3.4 硬化规律或硬化模型 96

　　3.3.5 剑桥模型所采用的屈服面、塑性势面、流动法则、硬化模型和假定 97

　3.4 原始剑桥模型 98

　　3.4.1 屈服面方程的建立 98

　　3.4.2 硬化参量的推导 99

　　3.4.3 塑性应变增量方程的推导 102

　3.5 修正剑桥模型 103

　　3.5.1 关于屈服面的一般性讨论 104

　　3.5.2 塑性功方程和剪胀方程 104

　　3.5.3 屈服函数和塑性势函数 105

　　3.5.4 硬化参量 105

　　3.5.5 塑性应变增量方程的推导 106

　3.6 不同应力路径下剑桥模型塑性应变增量方程 107

　　3.6.1 剑桥模型的一般表示 107

　　3.6.2 排水路径下的计算 107

　　3.6.3 不排水路径下的计算 111

　　3.6.4 三轴伸长情况 117

　3.7 土性指标的确定 118

　　3.7.1 临界状态M的确定 118

　　3.7.2 压缩系数和回弹系数的确定 119

　3.8 小结 119

　3.9　思考题 120

　3.10 习题 120

4　三维主应力空间中土的屈服面和状态边界面及平面应变问题 122

　4.1 三维主应力空间与π平面 122

　4.2 中主应力对屈服和强度的影响 125

　　4.2.1 三轴压缩和三轴伸长状态 125

　　4.2.2 三维应力空间中的莫尔?库仑准则 127

　　4.2.3 米塞斯破坏准则与莫尔?库仑破坏准则的应用 131

　4.3 三维情况下土的应力?应变关系表达式 136

　　4.3.1 三维主应力空间的屈服面和状态边界面 137

　　4.3.2 三维应力?应变关系的增量表达式 138

　4.4 采用通过三轴压缩实验得到的参数预测平面应变条件下土的行为 139

　　4.4.1 平面应变条件下三维主应力（）空间中的屈服面 139

　　4.4.2 平面应变条件下二维主应力（）空间中的屈服面 140

　　4.4.3 平面应变条件下二维应力（）空间中的屈服面 141

　　4.4.4 平面应变条件下应力?应变的增量方程 143

　4.5 三维空间中土的应力作用的讨论 145

　　4.5.1 中主应力对应力?应变关系的影响 145

　　4.5.2 中主应力对强度关系的影响 149

　　4.5.3 主应力轴旋转的影响 150

5 剑桥模型的优点和局限性 151

　5.1 剑桥模型的优点 151

　5.2　剑桥模型的局限性 151

　5.3 剑桥模型的进一步发展 152

参考文献 153

前　　言

　　本书内容是我们正在编写的《高等土力学原理》一书中的一部分内容，它是现代土力学中具有基础性和重要性的内容，所以，需要岩土工程领域的研究人员和工程技术人员学习和掌握这方面的内容。确切地说，没有临界状态土力学的知识，就谈不上对现代土力学的认识和理解。而目前国内还未出版过这方面的中文教材，因此我们决定把临界状态土力学的内容单独拿出来提前出版。
　　作者在本科生教材《土力学原理（修订本）》一书的前言中指出：“临界状态土力学是现代土力学的重要部分。这部分内容为今后研究和创造性地从事土力学的应用提供必要的理论基础。这部分内容在一般本科生土力学教材中是没有的，有些高等土力学教材虽然有剑桥模型的介绍，但多数都是从弹塑性本构模型的角度出发，仅把它作为一种数学模型加以介绍。目前有很多人把临界状态土力学仅理解为一种弹塑性本构模型（或剑桥模型）。这种理解是片面的，不利于对现代土力学的认识和理解。实际上，临界状态土力学为深入认识和描述土的行为和性质提供了理论基础。如果不是从这样一个角度去理解临界状态土力学，就很难深入地认识和把握现代土力学的实质。临界状态土力学和它的经典的、具有代表性的剑桥模型，从其数学的表达式和参数来看是简单的，但对于初学者来说，要深入理解它们却并非易事。”对于任何一门学科和知识而言，初学都未必是容易的，首先要熟悉它，不熟悉就谈不上理解和认识；在熟悉的基础上还要不断地、反复地咀嚼、品味、消化、吸收，使之成为一个协调的有机知识体系（而不是互不联系的碎片化知识），并变成自己的东西。只有如此，才能够学好。
　　本书的内容安排如下。
　　第1章主要介绍三维轴对称情况下的应力和应变、土的一般力学性质、正常固结土、土的体积变形。土的力学行为通常依赖于：土的类型，如砂土和黏土；土的密实程度（针对砂土）和应力历史（针对黏土，指超固结比）；土的排水条件，即排水和不排水条件；土目前状态所处的剪胀区或剪缩区。另外，本书还将介绍重塑土可能存在的状态及其区域，其中涉及如何划分土的状态和其边界面。这些内容所涉及的都是临界状态土力学中关于土性的内容。
　　第2章主要介绍临界状态土力学中关于土性的内容，即正常固结土的偏应力作用和体积变形、超固结土的偏应力作用和体积变形、砂土的偏应力作用和体积变形及状态边界面。
　　第3章主要介绍原始剑桥模型和修正剑桥模型。
第4章主要介绍三维主应力空间中土的屈服面和状态边界面以及平面应变问题。
　　第5章将讨论如何拓宽剑桥模型的使用范围及其进一步的发展。
　　本书的内容作者虽然已经讲授过二十年，但限于作者的认识和水平的局限性，书中难免有这样或那样的缺点和错误，希望读者批评、指正，以利于将来修订和改正。
　　本书获得北京交通大学土建学院出版基金的资助，并得到高亮院长、白雁副院长的鼓励和支持，在此表示感谢。
　　
　　
　　赵成刚刘艳
　　于北京交通大学新园
　　2020年这一个不平凡的年份
　　