土動力學基本原理

《土動力學基本原理》是2019年10月清華大學出版社出版的圖書，作者是劉洋。

內容簡介

本書系統介紹了國內外在土動力學領域主要的理論、測試技術和分析方法。主要內容包括：土的動力特性、測試技術，波在土介質中的傳播、砂土液化分析方法、土體地震反應分析以及地基-基礎動力相互作用等方面。

圖書目錄

第1章 緒論 1

1.1 動力問題與靜力問題的區別 1

1.1.1 小應變的不可忽略性 1

1.1.2 動荷載的循環效應與速率效應 2

1.2 土的動力特性 3

1.3 土動力學的主要研究內容 5

1.4 土動力學的發展歷史 6

1.5 本書的主要內容 7

參考文獻 8

第2章 土的基本力學性質 9

2.1 概述 9

2.2 土的三相性 10

2.2.1 土中的固體顆粒 10

2.2.2 土中的流體和氣體 10

2.2.3 土-水-化學系統相互作用 11

2.2.4 土的物理性質及狀態 11

2.3 土的滲透性 12

2.3.1 滲流的驅動力 12

2.3.2 達西定律 13

2.3.3 滲透破壞 14

2.4 有效應力原理 14

2.4.1 太沙基有效應力原理 14

2.4.2 土顆粒的粒間應力 15

2.5 土的壓縮與剪下變形 16

2.5.1 壓縮變形 17

2.5.2 剪下變形 17

2.6 土的剪脹性 18

2.6.1 剪脹機理 18

2.6.2 Taylor剪脹角與應力-剪脹方程 19

2.6.3 Rowe應力-剪脹方程 20

2.7 飽和土的固結性質 21

Ⅷ 土動力學基本原理

2.8 土的臨界狀態 23

2.8.1 土臨界狀態的試驗表現 23

2.8.2 正常固結線與臨界狀態線 24

2.8.3 臨界狀態的物理意義 24

2.9 土的應力-應變關係特性 25

2.9.1 非線性 25

2.9.2 壓硬性 26

2.9.3 彈塑性 26

2.9.4 結構性 26

2.9.5 各向異性 27

2.9.6 流變性 27

2.9.7 應力歷史和應力路徑的依賴性 27

參考文獻 28

第3章 振動與波動基礎 30

3.1 概述 30

3.1.1 振動的概念 30

3.1.2 波動的概念 31

3.2 單自由度體系的振動 32

3.2.1 自由振動與受迫振動 32

3.2.2 單自由度體系的振動方程 32

3.2.3 單自由度體系的自由振動 34

3.2.4 單自由度體系的受迫振動 35

3.3 多自由度體系的振動 39

3.3.1 兩自由度體系的振動方程 39

3.3.2 多自由度體系的振動方程 40

3.4 滯變阻尼 41

3.5 時域和頻域分析 43

3.5.1 振型疊加法 43

3.5.2 逐步積分法 43

3.5.3 Fourier變換法簡介 44

參考文獻 45

第4章 土體在典型動力荷載作用下的應力狀態 46

4.1 概述 46

4.2 地震荷載作用下的土體應力狀態 47

4.2.1 地震荷載 47

4.2.2 壓縮波在半無限場地中產生的應力 47

4.2.3 剪下波在半無限場地中產生的應力 49

Ⅸ

4.2.4 二維條件下的應力狀態 50

4.3 交通荷載 51

4.3.1 交通荷載作用下的應力路徑 51

4.3.2 交通荷載作用下土體中的應力分布 53

4.4 波浪荷載 54

4.4.1 波浪荷載作用下的應力特點 54

4.4.2 旋轉剪下問題 56

參考文獻 57

第5章 固體中的彈性波 59

5.1 概述 59

5.2 一維彈性桿件中的波 59

5.2.1 一維波動方程的建立 59

5.2.2 行波法 61

5.2.3 拉普拉斯變換法 63

5.2.4 分離變數法 65

5.2.5 數值解法 67

5.2.6 一維彈性波的反射與透射 70

5.3 無限彈性介質中的波 72

5.3.1 無限彈性體中的三維波動方程 72

5.3.2 無限彈性體中波的類型 75

5.3.3 球面波 77

5.3.4 柱面波 80

5.4 半無限彈性介質中的波 85

5.4.1 半無限彈性介質中的平面波特性與分解 85

5.4.2 平面波的反射 87

5.4.3 瑞利波及其性質 90

5.4.4 成層介質中樂夫波 95

5.4.5 側限條件下的半無限彈性介質中的波 95

5.5 表面移動荷載在半無限彈性平面中產生的波 98

5.5.1 移動波作用於半空間表面的解析解 98

5.5.2 移動條形荷載作用於半空間表面的解析解 101

參考文獻 103

第6章 飽和土體中的波 104

6.1 概述 104

6.2 Biot理論 104

6.2.1 基本假設 105

6.2.2 Biot理論控制方程 105

Ⅹ 土動力學基本原理

6.2.3 飽和土中的彈性體波 106

6.3 一維飽和土柱中的波 110

6.3.1 問題模型 110

6.3.2 控制方程 110

6.3.3 u-w 形式的全耦合解 111

6.3.4 u-p 形式的解 115

6.3.5 全耦合解與u-p 解的對比 115

6.4 多孔介質中的一維平面波 115

6.4.1 基本控制方程 116

6.4.2 兩種特殊情況下的解 118

6.4.3 波動方程的數值解法 120

參考文獻 122

第7章 土的動變形與動強度特性 124

7.1 概述 124

7.1.1 動荷載作用下的土體平衡與失穩 124

7.1.2 土的動變形、動強度與動孔壓 125

7.2 土的動變形特性 125

7.2.1 土的殘餘變形與波動變形 125

7.2.2 砂土的殘餘變形特徵 125

7.2.3 黏性土的殘餘變形特徵 126

7.3 土的動強度特徵 127

7.3.1 典型荷載作用下土的動強度 127

7.3.2 動荷載的速率效應與循環效應 129

7.3.3 土的動力破壞標準與破壞曲線 131

7.4 黏性土的動強度 134

7.4.1 瞬態荷載作用下黏性土的動強度特性 135

7.4.2 循環荷載作用下黏性土的動強度特性 136

7.4.3 不規則荷載作用下黏性土的動強度特性 138

7.4.4 靜荷載和動荷載綜合作用下的強度特性 140

7.4.5 黏性土的破壞準則 141

7.4.6 黏性土動強度的影響因素 143

7.5 砂土的動強度與振動液化 145

參考文獻 145

第8章 土的動應力-動應變關係 148

8.1 概述 148

8.1.1 土的動應力-動應變關係的基本特點 148

8.1.2 土的動應力-動應變關係的描述方法 149

Ⅺ

8.2 基本力學模型 157

8.3 黏彈性線性模型 160

8.4 黏彈性非線性模型 162

8.4.1 等效線性理論 162

8.4.2 雙線性模型 166

8.4.3 Ramberg-Osgood模型 167

8.4.4 Hardin-Drnevich模型 168

8.4.5 M-F-S模型 169

8.5 彈塑性模型 170

8.5.1 彈塑性理論 170

8.5.2 卸荷引起的塑性變形 173

8.5.3 邊界面模型 175

8.5.4 臨界狀態模型 179

8.6 土的動孔壓模型 183

8.6.1 動孔壓的概念及影響因素 183

8.6.2 砂土的動孔壓模型 184

8.6.3 黏性土的動孔壓模型 195

參考文獻 197

第9章 飽和砂土液化問題 199

9.1 概述 199

9.2 液化的相關概念 200

9.2.1 孔隙水壓力 200

9.2.2 剪縮土與剪脹土 200

9.2.3 初始液化、流滑與循環活動性 201

9.3 飽和砂土的液化機理 202

9.3.1 砂沸 202

9.3.2 流滑 203

9.3.3 循環活動性 207

9.3.4 液化機理研究的新進展 208

9.4 砂土液化的影響因素 211

9.4.1 土性條件的影響 212

9.4.2 初始應力條件的影響 214

9.4.3 預剪下的影響 214

9.4.4 動荷載條件的影響 215

9.4.5 排水條件的影響 216

9.5 飽和砂土液化性能評價與分析 217

9.5.1 臨界標準貫入擊數法 217

9.5.2 循環應力法(Seed簡化法) 219

Ⅻ 土動力學基本原理

9.5.3 剪下波速法 224

9.5.4 穩態強度法 225

9.6 可液化場地地基處理 227

參考文獻 229

第10章 土體動力反應分析 233

10.1 概述 233

10.2 一般計算方法 235

10.2.1 土體動力分析一般思路 235

10.2.2 有限元方程的建立 235

10.2.3 有限元方程的解法 237

10.3 總應力分析法 242

10.3.1 簡化的Seed法(一維總應力法) 242

10.3.2 二維總應力法 242

10.3.3 三維總應力方法 244

10.4 有效應力分析法 244

10.4.1 不排水有效應力分析 245

10.4.2 排水有效應力分析 246

10.5 彈塑性方法 250

10.5.1 基於邊界面模型的彈塑性動力分析 250

10.5.2 基於P-Z-C模型的彈塑性分析 251

10.6 水平土層地震反應分析簡化方法 253

10.6.1 均勻土層的剪下梁法 253

10.6.2 分層土層的頻域分析法 257

10.6.3 分層土層中的集中質量法 259

參考文獻 260

第11章 土動力特性的試驗測試 262

11.1 概述 262

11.2 制樣、激振與測量系統 262

11.2.1 制樣系統 262

11.2.2 激振系統 264

11.2.3 測量系統 266

11.3 動三軸試驗 268

11.3.1 試驗類型 268

11.3.2 試驗條件 270

11.3.3 試驗方法 271

11.3.4 試驗成果及套用 272

11.4 動單剪試驗 276

??

11.4.1 基本概念 276

11.4.2 試驗儀器 277

11.4.3 試驗成果 277

11.5 扭剪試驗 278

11.6 共振柱試驗 280

11.7 試樣的波速測試 284

11.7.1 超音波法 284

11.7.2 彎曲元法 285

11.8 振動台試驗 286

11.9 離心模型試驗 286

11.10 原位動力測試 288

11.10.1 波速試驗 288

11.10.2 循環荷載板試驗 295

參考文獻 296

附錄1 地震荷載作用下循環應力路徑 298

附錄2 交通荷載作用下循環應力路徑 301

附錄3 波浪荷載作用下循環應力路徑 303

附錄4 特徵線求解一維波動問題 305

附錄5 差分法求解波在一維樁中的傳播 307

附錄6 桿件分界面處透射波與反射波的波速變化 310

附錄7 桿件分界面處透射波與反射波的應力變化 312

附錄8 一維飽和土柱全耦合解 314

附錄9 一維飽和土柱u-p 解 317

附錄10 衝擊荷載作用下多孔介質的孔隙水壓力 320

附錄11 剪下梁法的數值解法 322

附錄12 剪下梁法的解析解法 324