《水土作用機理的細-巨觀多尺度研究》是2021年科學出版社出版的圖書。
基本介紹
- 中文名：水土作用機理的細-巨觀多尺度研究
- 作者：張昭
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2021年
- 開本：16 開
- 裝幀：平裝膠訂
- ISBN：9787030673459
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
水土作用是目前土力學界的研究熱點和難點。《水土作用機理的細-巨觀多尺度研究》總結土顆粒與水相互作用、土的飽和-非飽和滲透特性、持水曲線與有效應力的研究現狀，以表面科學、顆粒力學、水動力學、分形理論、非飽和土力學為基礎，提出“顆粒-孔隙-集合體”細-巨觀多尺度分析最佳化方法：首先，模擬土顆粒間液橋幾何參數與毛細力的計算及其演化過程；其次，依據土孔隙的尺寸分布、各向異性、變截面特徵及其與土顆粒級分布的內在聯繫，構建不同種土的持水曲線模型及飽和-非飽和滲透係數函式；*後，將細、巨觀水土作用模型分別用於模擬土顆粒集合體有效應力的傳遞特徵和土體密度變化對水分分布的影響。《水土作用機理的細-巨觀多尺度研究》內容不僅可深化對非飽和土的水土作用內在機理認識，而且可為非飽和土工程水力與力學致災機理評價、防護與治理提供科學依據。
圖書目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 土顆粒與水相互作用的研究現狀 2
1.3 土的飽和-非飽和滲透特性的研究現狀 4
1.3.1 飽和滲透係數函式構建 4
1.3.2 非飽和滲透係數函式構建 5
1.3.3 土的飽和-非飽和滲透各向異性表征 6
1.4 土持水特性的研究現狀 7
1.4.1 持水特性的模型描述及其在強度公式中的套用 7
1.4.2 密度對持水特性的影響 9
1.4.3 持水特性的滯回現象描述 11
1.5 非飽和土的有效應力傳遞機理研究現狀 11
1.6 本書的主要內容 13
參考文獻 15
第2章 土顆粒間液橋毛細力的計算方法及其演化規律 23
2.1 粗顆粒間液橋的受力狀態與幾何參數 23
2.2 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的疊代算法 25
2.2.1 無量綱液橋體積*大值的計算 26
2.2.2 無量綱液橋體積*小值的計算 27
2.2.3 液橋表面無量綱半徑及其毛細力的計算 28
2.2.4 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的計算結果 29
2.2.5 割線疊代算法的驗證 31
2.3 粗顆粒被液體不完全浸潤時液橋毛細力的疊代算法 33
2.3.1 液橋控制方程組的重新整理 33
2.3.2 液橋控制方程組的牛頓疊代算法 34
2.4 聯合疊代算法對液橋毛細力影響因素的分析及驗證 35
2.4.1 固-液接觸角和顆粒間距的影響 35
2.4.2 固-液接觸角和液橋體積的影響 36
2.4.3 固-液接觸角和顆粒半徑比的影響 36
2.4.4 聯合疊代算法的驗證 37
2.5 黏土顆粒間液橋的毛細力及其幾何參數 38
2.6 黏土顆粒間液橋從形成至斷裂過程的分區 41
2.7 黏土顆粒間液橋形成時毛細力的演化規律 43
2.8 本章小結 44
參考文獻 45
第3章 孔徑分布與孔隙結構對土持水特性的影響 47
3.1 壓實黏土的持水特性及其孔徑分布的模型描述 47
3.1.1 累積函式、孔徑分布、孔徑密度函式與典型持水曲線 47
3.1.2 雙孔結構的孔徑分布及其持水曲線 50
3.1.3 持水曲線模型及對應的孔徑密度函式 52
3.1.4 孔徑密度函式公式的標定 54
3.1.5 基於持水曲線模型描述壓實至不同孔隙比的黏土減濕持水特性 57
3.2 孔隙結構對土滯回持水特性的影響 59
3.2.1 對MX-80斑脫土持水試驗結果的分析 60
3.2.2 考慮孔隙比與孔隙結構影響的滯回持水曲線模型構建 63
3.2.3 滯回持水曲線模型的驗證 65
3.3 本章小結 68
參考文獻 69
第4章 孔隙各向異性及其變截面特徵對土滲透及持水特性的影響 70
4.1 利用孔隙連通-迂曲參數表征非飽和滲透各向異性係數 70
4.1.1 非飽和滲透係數函式及其各向異性係數表達式 70
4.1.2 土的非飽和滲透各向異性類型 72
4.1.3 各向異性係數表達式的驗證 73
4.2 基質吸力對滲透各向異性的影響 74
4.2.1 非飽和滲透試驗結果 74
4.2.2 非飽和滲透係數與基質吸力的關係描述 77
4.2.3 基質吸力對非飽和滲透各向異性影響的定量描述 78
4.3 變截面孔隙模型對滲透係數函式與持水曲線的預測方法 79
4.3.1 水分在變截面孔隙內的分布及流動特徵 79
4.3.2 由單個孔隙尺度向表征體元尺度過渡的土滲透特性描述 81
4.3.3 對持水曲線的預測 83
4.3.4 對相對滲透係數函式的預測 84
4.4 滲透係數函式及持水曲線的理論表達式驗證 85
4.4.1 對已有文獻中4種砂岩的飽和滲透率預測 85
4.4.2 對已有文獻中8種土的相對滲透係數預測 89
4.4.3 對3種土的滯回持水曲線預測 93
4.4.4 關於模型參數確定方法的討論 95
4.5 本章小結 96
參考文獻 97
第5章 基於土顆粒級配參數描述水力及非飽和強度特性的物理-統計方法 99
5.1 基於土顆粒級配參數預測飽和滲透係數的量綱分析表達式 100
5.1.1 土顆粒級配與飽和滲透係數關係的量綱分析 100
5.1.2 飽和滲透係數量綱分析表達式的驗證 104
5.2 持水曲線、非飽和強度與顆粒級配曲線之間的一般關係 110
5.2.1 描述持水曲線的VG模型 110
5.2.2 持水曲線與非飽和強度的一般關係 110
5.2.3 基於VG模型的土壤轉換函式簡介 111
5.3 基於顆粒級配參數預測持水曲線的土壤轉換函式 113
5.3.1 基於量綱分析法描述顆粒級配參數與持水曲線的關係 113
5.3.2 砂土持水曲線的補充試驗 115
5.3.3 基於UNSODA資料庫與持水試驗結果構建土壤轉換函式 117
5.3.4 土壤轉換函式的驗證 119
5.4 基於土壤轉換函式描述顆粒級配分布對土的非飽和強度特性影響 125
5.4.1 顆粒級配分布對毛細黏聚力的影響 125
5.4.2 顆粒級配分布對抗拉強度的影響 130
5.5 基於土顆粒級配預測非飽和滲透係數函式的物理方法計算思路 131
5.5.1 土孔隙半徑的計算 131
5.5.2 理想圓柱形孔隙內水分流量的計算 135
5.5.3 天然孔隙內水分流量及非飽和滲透係數計算 137
5.5.4 基於持水實測數據驗證土孔隙半徑的計算方法 138
5.6 非飽和滲透係數函式預測及驗證 141
5.6.1 物理方法對非飽和滲透係數預測的計算步驟 141
5.6.2 土樣非飽和滲透係數與體積含水率關係驗證 142
5.6.3 物理方法對非飽和滲透係數預測結果的討論 145
5.7 本章小結 148
參考文獻 149
第6章 基於細觀水土作用模型分析土顆粒間接觸力的傳遞機理 153
6.1 表征土顆粒間法向接觸力的物理模型 153
6.1.1 顆粒間毛細水的形態和受力 153
6.1.2 表征有效應力的物理模型 155
6.1.3 三種典型排列的顆粒集合體的表征 156
6.2 表征顆粒間切向接觸力的物理模型 161
6.2.1 不考慮顆粒轉動時物理模型的推導 161
6.2.2 顆粒繞接觸點轉動時物理模型的推導 163
6.2.3 模型的計算結果 164
6.3 本章小結 165
參考文獻 166
第7章 基於巨觀水土作用模型表征乾密度對持水曲線的影響 167
7.1 不同乾密度土樣持水曲線的兩種預測方法 167
7.1.1 理論假設 167
7.1.2 兩種預測方法的計算思路 169
7.2 兩種預測方法的參數標定與驗證 172
7.2.1 預測方法的參數標定與驗證思路 174
7.2.2 新方法與已有預測方法的對比分析思路 175
7.2.3 新方法的參數標定結果 177
7.2.4 方法1和方法2對不同乾密度土樣持水曲線的預測結果分析 178
7.2.5 基於Brooks-Corey模型的預測結果分析 185
7.3 本章小結 192
參考文獻 192
