Engineering Properties of Soils and Their Measurement pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Inc.,US

作者:Joseph E. Bowles

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1978-03-01

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780070067523

丛书系列:

图书标签:

• 土力学
• 土壤工程
• 岩土工程
• 土的性质
• 土的测量
• 地基工程
• 土工试验
• 工程地质
• 土力学参数
• 土壤力学

土的工程性质及其测试方法 这是一本深入探索土体工程性质的著作，它系统地阐述了构成我们周围世界的土壤，以及如何科学地测量和理解这些性质，以便进行安全可靠的工程设计与施工。本书旨在为土木工程、岩土工程、环境工程以及相关领域的研究人员、工程师和学生提供一个全面而深入的知识体系。 引言：理解土壤的本质 土壤，作为地球表面最普遍的存在，是各类工程活动不可或缺的基础。无论是高耸入云的摩天大楼，蜿蜒曲折的公路铁路，还是庞大复杂的地下结构，都必须与土壤紧密互动。然而，土壤并非千篇一律的惰性材料，它具有极其复杂和多变的物理、化学及力学性质。这些性质直接影响着建筑物的稳定性、道路的承载能力、水坝的防渗性能，乃至环境污染物的迁移扩散。因此，准确认识和量化土的工程性质，是保障工程安全、提高工程质量、优化工程设计、降低工程风险的关键。 本书将从最基础的层面出发，为读者揭示土壤的形成、组成以及影响其性质的关键因素。我们将探讨土壤的颗粒级配、塑性、密度、孔隙比、含水量等基本物理参数，并深入分析这些参数如何决定土壤的力学行为。同时，本书也将关注土壤的渗透性、压缩性、剪切强度等核心工程性质，这些性质是进行地基设计、边坡稳定分析、隧道开挖等工程计算的基石。 第一部分：土壤的基本物理性质及其测试 在这一部分，我们将系统地介绍构成土壤的基本要素，以及如何通过一系列标准化的测试方法来量化这些要素。 土壤的形成与组成： 首先，我们将简要回顾土壤的形成过程，包括岩石的风化、物质的搬运与沉积等地球动力学过程。在此基础上，深入探讨土壤的组成成分，包括矿物颗粒（如石英、长石、云母等）、有机质、水以及空气。我们将详细介绍不同矿物成分对土壤性质的影响，例如黏土矿物的塑性特征、砂土的颗粒形状等。 颗粒级配（Grain Size Distribution）： 土壤颗粒的大小和分布是影响其工程性质最基础的因素之一。我们将详细介绍筛分分析（Sieve Analysis）和比重计法（Hydrometer Analysis）这两种主要的颗粒级配测试方法。通过这些测试，我们可以获得土壤的细粒、中粒和粗粒部分的含量，绘制出颗粒级配曲线。我们将深入分析颗粒级配曲线的形态如何反映土壤的密实度、透水性以及触变性，并介绍由此衍生的重要参数，如不均匀系数（Uniformity Coefficient）和曲率系数（Coefficient of Curvature），以及它们在工程实践中的意义。 塑性与黏性（Plasticity and Cohesion）： 黏性土的塑性是其最重要的工程性质之一，它决定了土壤在不同含水量下的变形和流动特性。我们将详细介绍塑性指数（Plasticity Index, PI）、液限（Liquid Limit, LL）和塑限（Plastic Limit, PL）的测定方法，包括阿特伯格界限（Atterberg Limits）的经典试验。我们将分析塑性指数如何区分不同类型的黏性土（如低塑性黏土、高塑性黏土），以及液限和塑限如何表征土壤在水饱和状态下的行为。此外，我们还将探讨黏性土中的黏聚力（Cohesion, c），并初步介绍其来源和影响因素。 密度、孔隙比与含水量（Density, Void Ratio, and Water Content）： 这些参数是描述土壤内部空间状态和水分含量的重要指标。我们将介绍干密度（Dry Density）、总密度（Bulk Density）、饱和密度（Saturated Density）以及相对密度（Relative Density）的定义和测试方法。同时，我们将深入解释孔隙比（Void Ratio, e）和孔隙率（Porosity, n）的概念，以及它们与密实度之间的关系。含水量的测定（Water Content, w）虽然看似简单，但其精确性对后续的力学性质分析至关重要，我们将详细介绍烘干法等常用测试手段。 第二部分：土壤的核心力学性质及其测试 在掌握了土壤的基本物理性质后，本部分将聚焦于影响工程稳定性和变形的关键力学性质，并介绍相应的测试方法。 渗透性（Permeability）： 土壤的渗透性决定了水在土壤中的流动速率，这对于地下水位控制、渗流分析、固结过程以及污染物扩散等都具有至关重要的影响。我们将详细介绍恒定水头渗透仪（Constant Head Permeability Test）和变水头渗透仪（Falling Head Permeability Test）这两种常用的实验室测试方法，并阐述达西定律（Darcy's Law）及其应用。此外，我们将讨论影响渗透系数的因素，如颗粒级配、孔隙度、水温等，并介绍野外现场渗透试验（如抽水试验、注水试验）的重要性。 压缩性与固结（Compressibility and Consolidation）： 土壤的压缩性是其在荷载作用下产生变形的能力，尤其是黏性土在排水条件下发生的固结沉降，是影响建筑物长期稳定性的重要因素。我们将详细介绍室内三轴压缩试验中的排水剪切试验（Drained Shear Test）和固结试验（Oedometer Test），以及如何通过固结试验获取压缩模量（Modulus of Compressibility, Es）、压缩系数（Coefficient of Compressibility, a）和压缩指数（Compression Index, Cc）等参数。我们将深入解释固结理论（Consolidation Theory），包括Terzaghi的一维固结理论，并介绍固结时间（Time of Consolidation, tc）和固结度（Degree of Consolidation, U）的概念，以及它们在预测沉降和沉降时间中的应用。 剪切强度（Shear Strength）： 剪切强度是土壤抵抗滑动破坏的能力，是边坡稳定、地基承载力、挡土墙设计等岩土工程分析的核心内容。我们将详细介绍几种重要的剪切强度测试方法： 直剪试验（Direct Shear Test）： 介绍其原理、试验步骤、优缺点，以及如何通过一系列试验获得不同法向应力下的剪切强度，并绘制摩尔-库仑破坏包线（Mohr-Coulomb Failure Envelope），确定内摩擦角（Angle of Internal Friction, φ）和黏聚力（Cohesion, c）。 三轴压缩试验（Triaxial Compression Test）： 重点介绍其作为更通用和精确的剪切强度测试方法。我们将详细讲解不固结不排水试验（UU Test）、固结不排水试验（CU Test）和固结排水试验（CD Test）的区别及其适用条件。通过三轴试验，我们可以更全面地获得土壤的应力-应变关系，以及在不同围压下的剪切强度参数，并讨论了应力路径（Stress Path）的概念。 锥入试验（Cone Penetration Test, CPT）和标准贯入试验（Standard Penetration Test, SPT）： 作为重要的现场原位测试方法，我们将介绍它们的工作原理、数据获取方式，以及如何通过这些试验初步估算土壤的剪切强度参数。 应力-应变关系与动力性质（Stress-Strain Relationship and Dynamic Properties）： 除了宏观的强度参数，理解土壤在荷载作用下的变形特性也至关重要。我们将探讨土壤的弹性模量（Elastic Modulus, E）和泊松比（Poisson's Ratio, ν）等弹性参数，并介绍如何通过室内试验（如三轴试验的卸载-再加载阶段）或现场测试（如加载板试验）来获取。此外，对于地震工程等领域，土壤的动力性质（如剪切波速、动弹性模量、阻尼比）也日益受到重视，我们将简要介绍相关测试概念。 第三部分：特殊土的性质与工程问题 除了常见的土体，一些特殊的土体类型在工程中也扮演着重要角色，并带来独特的挑战。 软土（Soft Soils）： 软土通常具有高含水量、低强度、高压缩性等特点，是城市化进程中常见的地基类型。我们将讨论软土的形成、组成，以及其在固结、压缩和抗剪强度方面的特殊表现。 膨胀土（Expansive Soils）： 膨胀土在吸水时会体积膨胀，失水时则会收缩，这种胀缩性对地面结构和地下结构都会造成严重的破坏。我们将介绍膨胀土的矿物成分（如蒙脱石），以及其胀缩性与含水量、阳离子类型等的关系。 冻土（Frozen Soils）： 在寒冷地区，冻土的工程性质与非冻土截然不同，温度变化对其强度、渗透性和变形具有显著影响。我们将讨论冻土的相变、融沉、冻胀等问题。 填土与疏松土（Fill and Loose Soils）： 人工填筑的土体，其性质很大程度上取决于填筑方式、压实度以及填料的性质。我们将讨论填土的均匀性、密实度对工程稳定性的影响。 结论：实践中的应用与展望 本书的最终目标是帮助读者将所学的土体工程性质及其测试方法，有效地应用于实际工程设计与施工中。我们将强调实验室测试数据与现场勘察结果的结合，以及理论分析与工程实践经验的融合。 随着工程技术的不断发展，对土体性质的认识和测试手段也在持续进步。本书将简要展望未来的发展方向，例如： 先进的原位测试技术： 例如，多功能探头（Multisensor Probes）和地球物理勘探方法在提供连续、快速的土体参数信息方面的应用。 数值模拟与岩土工程软件： 有限元法（Finite Element Method, FEM）、有限差分法（Finite Difference Method, FDM）等数值模拟技术在复杂岩土工程问题分析中的作用，以及与实验数据的结合。 土体本构模型的发展： 更加精细和准确的土体本构模型，能够更好地描述土体的非线性、应变率相关性和历史应力效应。 环境岩土工程的兴起： 土体性质在环境污染物迁移、废弃物处理、土壤修复等方面的作用日益受到关注。 通过对土体工程性质的深入理解和精确测试，我们能够为人类的工程建设奠定坚实的基础，确保工程的安全、经济和可持续发展。本书的编写，正是为了践行这一信念，为广大岩土工程从业者和研究者提供一份可靠的参考。

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