水土作用是目前土力學(xué)界的研究熱點和難點�！端磷饔脵C理的細-宏觀多尺度研究》總結(jié)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(yīng)力的研究現(xiàn)狀，以表面科學(xué)、顆粒力學(xué)、水動力學(xué)、分形理論、非飽和土力學(xué)為基礎(chǔ)，提出“顆粒-孔隙-集合體”細-宏觀多尺度分析優(yōu)化方法：首先，模擬土顆粒間液橋幾何參數(shù)與毛細力的計算及其演化過程；其次，依據(jù)土孔隙的尺寸分布、各向異性、變截面特征及其與土顆粒級分布的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建不同種土的持水曲線模型及飽和-非飽和滲透系數(shù)函數(shù)；*后，將細、宏觀水土作用模型分別用于模擬土顆粒集合體有效應(yīng)力的傳遞特征和土體密度變化對水分分布的影響。《水土作用機理的細-宏觀多尺度研究》內(nèi)容不僅可深化對非飽和土的水土作用內(nèi)在機理認識，而且可為非飽和土工程水力與力學(xué)致災(zāi)機理評價、防護與治理提供科學(xué)依據(jù)。
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目錄
前言
□□章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.□ 土顆粒與水相互作用的研究現(xiàn)狀 □
1.3 土的飽和-非飽和滲透特性的研究現(xiàn)狀 4
1.3.1 飽和滲透系數(shù)函數(shù)構(gòu)建 4
1.3.□ 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)構(gòu)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(xiàn)狀 7
1.4.1 持水特性的模型描述及其在強度公式中的應(yīng)用 7
1.4.□ 密度對持水特性的影響 9
1.4.3 持水特性的滯回現(xiàn)象描述 11
1.5 非飽和土的有效應(yīng)力傳遞機理研究現(xiàn)狀 11
1.6 本書的主要內(nèi)容 13
參考文獻 15
第□章 土顆粒間液橋毛細力的計算方法及其演化規(guī)律 □3
□.1 粗顆粒間液橋的受力狀態(tài)與幾何參數(shù) □3
□.□ 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的迭代算法 □5
□.□.1 無量綱液橋體積*大值的計算 □6
□.□.□ 無量綱液橋體積*小值的計算 □7
□.□.3 液橋表面無量綱半徑及其毛細力的計算 □8
□.□.4 粗顆粒被液體完全浸潤時液橋毛細力的計算結(jié)果 □9
□.□.5 割線迭代算法的驗證 31
□.3 粗顆粒被液體不完全浸潤時液橋毛細力的迭代算法 33
□.3.1 液橋控制方程組的重新整理 33
□.3.□ 液橋控制方程組的牛頓迭代算法 34
□.4 聯(lián)合迭代算法對液橋毛細力影響因素的分析及驗證 35
□.4.1 固-液接觸角和顆粒間距的影響 35
□.4.□ 固-液接觸角和液橋體積的影響 36
□.4.3 固-液接觸角和顆粒半徑比的影響 36
□.4.4 聯(lián)合迭代算法的驗證 37
□.5 黏土顆粒間液橋的毛細力及其幾何參數(shù) 38
□.6 黏土顆粒間液橋從形成至斷裂過程的分區(qū) 41
□.7 黏土顆粒間液橋形成時毛細力的演化規(guī)律 43
□.8 本章小結(jié) 44
參考文獻 45
第3章 孔徑分布與孔隙結(jié)構(gòu)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 累積函數(shù)、孔徑分布、孔徑密度函數(shù)與典型持水曲線 47
3.1.□ 雙孔結(jié)構(gòu)的孔徑分布及其持水曲線 50
3.1.3 持水曲線模型及對應(yīng)的孔徑密度函數(shù) 5□
3.1.4 孔徑密度函數(shù)公式的標定 54
3.1.5 基于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.□ 孔隙結(jié)構(gòu)對土滯回持水特性的影響 59
3.□.1 對MX-80斑脫土持水試驗結(jié)果的分析 60
3.□.□ 考慮孔隙比與孔隙結(jié)構(gòu)影響的滯回持水曲線模型構(gòu)建 63
3.□.3 滯回持水曲線模型的驗證 65
3.3 本章小結(jié) 68
參考文獻 69
第4章 孔隙各向異性及其變截面特征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(shù)表征非飽和滲透各向異性系數(shù) 70
4.1.1 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)及其各向異性系數(shù)表達式 70
4.1.□ 土的非飽和滲透各向異性類型 7□
4.1.3 各向異性系數(shù)表達式的驗證 73
4.□ 基質(zhì)吸力對滲透各向異性的影響 74
4.□.1 非飽和滲透試驗結(jié)果 74
4.□.□ 非飽和滲透系數(shù)與基質(zhì)吸力的關(guān)系描述 77
4.□.3 基質(zhì)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系數(shù)函數(shù)與持水曲線的預(yù)測方法 79
4.3.1 水分在變截面孔隙內(nèi)的分布及流動特征 79
4.3.□ 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(yù)測 83
4.3.4 對相對滲透系數(shù)函數(shù)的預(yù)測 84
4.4 滲透系數(shù)函數(shù)及持水曲線的理論表達式驗證 85
4.4.1 對已有文獻中4種砂巖的飽和滲透率預(yù)測 85
4.4.□ 對已有文獻中8種土的相對滲透系數(shù)預(yù)測 89
4.4.3 對3種土的滯回持水曲線預(yù)測 93
4.4.4 關(guān)于模型參數(shù)確定方法的討論 95
4.5 本章小結(jié) 96
參考文獻 97
第5章 基于土顆粒級配參數(shù)描述水力及非飽和強度特性的物理-統(tǒng)計方法 99
5.1 基于土顆粒級配參數(shù)預(yù)測飽和滲透系數(shù)的量綱分析表達式 100
5.1.1 土顆粒級配與飽和滲透系數(shù)關(guān)系的量綱分析 100
5.1.□ 飽和滲透系數(shù)量綱分析表達式的驗證 104
5.□ 持水曲線、非飽和強度與顆粒級配曲線之間的一般關(guān)系 110
5.□.1 描述持水曲線的VG模型 110
5.□.□ 持水曲線與非飽和強度的一般關(guān)系 110
5.□.3 基于VG模型的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)簡介 111
5.3 基于顆粒級配參數(shù)預(yù)測持水曲線的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù) 113
5.3.1 基于量綱分析法描述顆粒級配參數(shù)與持水曲線的關(guān)系 113
5.3.□ 砂土持水曲線的補充試驗 115
5.3.3 基于UNSODA數(shù)據(jù)庫與持水試驗結(jié)果構(gòu)建土壤轉(zhuǎn)換函數(shù) 117
5.3.4 土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)的驗證 119
5.4 基于土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)描述顆粒級配分布對土的非飽和強度特性影響 1□5
5.4.1 顆粒級配分布對毛細黏聚力的影響 1□5
5.4.□ 顆粒級配分布對抗拉強度的影響 130
5.5 基于土顆粒級配預(yù)測非飽和滲透系數(shù)函數(shù)的物理方法計算思路 131
5.5.1 土孔隙半徑的計算 131
5.5.□ 理想圓柱形孔隙內(nèi)水分流量的計算 135
5.5.3 天然孔隙內(nèi)水分流量及非飽和滲透系數(shù)計算 137
5.5.4 基于持水實測數(shù)據(jù)驗證土孔隙半徑的計算方法 138
5.6 非飽和滲透系數(shù)函數(shù)預(yù)測及驗證 141
5.6.1 物理方法對非飽和滲透系數(shù)預(yù)測的計算步驟 141
5.6.□ 土樣非飽和滲透系數(shù)與體積含水率關(guān)系驗證 14□
5.6.3 物理方法對非飽和滲透系數(shù)預(yù)測結(jié)果的討論 145
5.7 本章小結(jié) 148
參考文獻 149
第6章 基于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(tài)和受力 153
6.1.□ 表征有效應(yīng)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.□ 表征顆粒間切向接觸力的物理模型 161
6.□.1 不考慮顆粒轉(zhuǎn)動時物理模型的推導(dǎo) 161
6.□.□ 顆粒繞接觸點轉(zhuǎn)動時物理模型的推導(dǎo) 163
6.□.3 模型的計算結(jié)果 164
6.3 本章小結(jié) 165
參考文獻 166
第7章 基于宏觀水土作用模型表征干密度對持水曲線的影響 167
7.1 不同干密度土樣持水曲線的兩種預(yù)測方法 167
7.1.1 理論假設(shè) 167
7.1.□ 兩種預(yù)測方法的計算思路 169
7.□ 兩種預(yù)測方法的參數(shù)標定與驗證 17□
7.□.1 預(yù)測方法的參數(shù)標定與驗證思路 174
7.□.□ 新方法與已有預(yù)測方法的對比分析思路 175
7.□.3 新方法的參數(shù)標定結(jié)果 177
7.□.4 方法1和方法□對不同干密度土樣持水曲線的預(yù)測結(jié)果分析 178
7.□.5 基于Brooks-Corey模型的預(yù)測結(jié)果分析 185
7.3 本章小結(jié) 19□
參考文獻 19□
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