非饱和土水力与力学特性的物理机制研究

　　水力与力学特性是当今非饱和土力学研究的热点 和难点之一。张昭、刘奉银编著的《非饱和土水力与 力学特性的物理机制研究》总结了目前非饱和土持水 特性、渗透特性和有效应力的研究现状，基于表面科 学、颗粒力学及热力学原理，提出了“土样-土颗粒- 集合体”的多层次分析模式，先从土样的试验结果出 发，研究了持水曲线的影响因素，并在全含水率范围 内完善了对土持水及非饱和渗透特性的模型描述；再 将土颗粒简化为球体颗粒，用液桥表征颗粒间的水分 形态，提出了土颗粒与液桥相互作用的理论模型；* 后，将非饱和土简化为球体颗粒组成的土颗粒集合体 或气、液、固3相及其交界面组成的集合体，分别建 立了预测滞回持水曲线的物理模型以及考虑相间交界 面的有效应力公式，深化了对非饱和土水力与力学特 性物理本质的认识。本书可供土建、水利、公路、市政和工程地质领 域的科研和工程技术人员使用，也可作为高等院校研 究生和本科生的教学参考书。

　　张昭，刘奉银　著

前言 第1章 绪论 1.1 非饱和土水力-力学特性的物理机制问题的研究背景 1.2 持水曲线及其影响因素的研究现状 1.2.1 持水曲线的模型描述 1.2.2 干湿循环的影响——以滞回特性为研究对象 1.2.3 颗粒组成的影响 1.3 非饱和渗透特性的模型描述 1.4 土颗粒与水相互作用的理论描述、试验研究及数值模拟 1.5 非饱和土有效应力的公式描述 1.6 “土样-土颗粒-集合体”多层次分析模式的提出 1.6.1 多层次分析模式的研究目标 1.6.2 多层次分析模式的研究内容 1.6.3 多层次分析模式的独到之处 参考文献 第2章 密度、干湿循环、孔隙尺寸分布和应力对土样持水特性的影响 2.1 初始干密度和干湿循环对黄土持水曲线的影响 2.1.1 试验用土、仪器及方案 2.1.2 试验结果分析及讨论 2.2 颗粒级配、初始干密度和应力对持水曲线“滞回度”的影响 2.2.1 试验用土、仪器及方法 2.2.2 试验与研究方案 2.2.3 对青藏黏土、全风化花岗岩和火山土的试验结果分析 2.3 利用土的孔隙尺寸分布预测持水曲线的方法 2.3.1 预测思路 2.3.2 预测结果分析 2.4 考虑应力引起孔隙比变化的持水曲线模型 2.4.1 试验用土、仪器及研究方案 2.4.2 对Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和西安黄土的试验结果分析 2.4.3 考虑应力引起孔隙比变化的持水曲线模型的推导思路 2.4.4 模型的试验验证 2.5 本章小结 参考文献 第3章 土样在全含水率范围内持水及非饱和渗透特性的模型描述 3.1 全含水率范围内持水特性的模型描述 3.1.1 表征较高含水率范围内持水特性的传统模型 3.1.2 建立表征全含水率范围内持水特性的修正模型 3.1.3 门槛基质吸力和门槛体积含水率的确定 3.2 全含水率范围内非饱和渗透特性的模型描述 3.2.1 表征毛细流动对非饱和渗透贡献的传统模型 3.2.2 表征薄膜流动对非饱和渗透贡献的修正模型 3.2.3 建立表征全含水率范围内非饱和渗透特性的组合模型 3.3 模型的验证与讨论 3.3.1 修正持水曲线模型的试验验证 3.3.2 修正(组合)非饱和渗透系数模型的试验验证 3.4 本章小结 参考文献 第4章 土颗粒与液桥相互作用的微观持水特性- 4.1 不等尺寸土颗粒间液桥的形状和受力分析 4.1.1 充填角和固一液交界面的控制半径 4.1.2 液桥体积的计算 4.1.3 基质吸力的无量纲表达式 4.1.4 毛细作用力的无量纲表达式 4.2 理论模型的计算结果分析、讨论及验证 4.2.1 矿物成分相同的土颗粒间无量纲的液桥体积与毛细作用力 4.2.2 矿物成分不同的土颗粒间无量纲的液桥体积与毛细作用力 4.2.3 土颗粒问水分与水蒸气的平衡 4.2.4 理论模型的验证——表征球体颗粒间液桥毛细作用力与其间距的关系 4.3 本章小结 参考文献 第5章 均匀土颗粒集合体滞回持水特性的物理模型 5.1 土颗粒集合体物理模型的理论基础 5.1.1 两个相切接触的等径球体颗粒间毛细水的形态和受力 5.1.2 等径球体颗粒集合体的增湿过程 5.1.3 等径球体颗粒集合体内的体积关系 5.2 表征均匀土颗粒集合体滞回持水曲线的物理模型 5.2.1 对边界增湿过程的模拟 5.2.2 对边界减湿过程的模拟 5.2.3 对第1次扫描减湿过程的模拟 5.2.4 对第1次扫描增湿过程的模拟 5.2.5 对再次扫描增湿和减湿过程的模拟 5.2.6 模型中参数的确定 5.3 模型的验证 5.4 本章小结 参考文献 第6章 气、液、固及其交界面集合体的有效应力公式研究 6.1 有效应力公式的推导 6.1.1 各相及其交界面的守恒方程 6.1.2 在Helmholtz自由能中考虑力一水耦合特性 6.1.3 气、液、固及其交界面集合体的有效应力公式 6.2 有效应力参数的确定 6.3 有效应力公式的验证 6.4 本章小结 参考文献