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| 編輯推薦： |
《高等土力学原理》是用于岩土工程专业研究生教学的高等土力学教材，该书仅涉及土力学基础理论方面的内容。土力学原理包括两方面的内容：土质学和土力学，土质学的内容在目前高等土力学教材中好像成了被遗忘的角色。与国内其他教材相比，《高等土力学原理》的特点是深入和广泛。深入需要读者阅读时自己去比较和体会；广泛是指包括一些其他高等土力学教材没有的内容，如土质学、临界状态土力学和非饱和土力学等。《高等土力学原理》上篇适合于博士研究生的教学（也可供工程地质专业的研究生参考），下篇适合于硕士研究生的教学。《高等土力学原理》也为土力学理论的研究者提供了土力学方面必要的基础性知识，使研究者能够夯实基础，站在巨人的肩膀上，继续前行。
本书可供岩土工程、工程地质、土木工程、水利工程、铁道工程、公路工程等专业的研究生、教师及研究和技术人员参考。
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| 內容簡介： |
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《高等土力学原理》是用于岩土工程专业研究生教学的高等土力学教材，该书仅涉及土力学基础理论方面的内容。土力学原理包括两方面的内容：土质学和土力学，土质学的内容在目前高等土力学教材中好像成了被遗忘的角色。与国内其他教材相比，《高等土力学原理》的特点是深入和广泛。深入需要读者阅读时自己去比较和体会；广泛是指包括一些其他高等土力学教材没有的内容，如土质学、临界状态土力学和非饱和土力学等。《高等土力学原理》上篇适合于博士研究生的教学（也可供工程地质专业的研究生参考），下篇适合于硕士研究生的教学。《高等土力学原理》也为土力学理论的研究者提供了土力学方面必要的基础性知识，使研究者能够夯实基础，站在巨人的肩膀上，继续前行。 本书可供岩土工程、工程地质、土木工程、水利工程、铁道工程、公路工程等专业的研究生、教师及研究和技术人员参考。
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| 關於作者： |
赵成刚，北京交通大学二级教授，曾任北京交通大学岩土工程学科学术带头人、中国土木工程学会土力学及岩土工程分会理事。
主持国家自然科学基金5项。发表SCI论文30多篇、El论文40多篇。获国家科技进步二等奖1项。主编本科生教材《土力学原理》、研究生教材《临界状态土力学》；与刘艳教授合作出版《理性土力学与热力学》；以第一作者身份出版专著《生命线地震工程》。
赵成刚等人在国际上率先采用饱和多孔介质Biot动力理论模拟局部不均匀场地的地震波散射问题，取得了一系列的解析解。在国际上最早建立了两相饱和多孔介质波动问题的显式有限元方法和相应的人工边界。以多相孔隙介质理论作为理论框架，推导出包括多种外界因素作用和岩土内部结构变化的功和能量表达式及与之相应的广义有效应力，并提出了非饱和土广义有效应力原理。在考虑气相压力变化影响的非饱和土本构关系及土体统一的多场耦合非线性理论方面取得了原创性成果。刘艳，北京交通大学土建学院副教授。李舰，北京交通大学土建学院副教授。尹振宇，香港理工大学土木与环境工程系副教授。蔡国庆，北京交通大学土建学院教授。
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| 目錄：
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1绪论1
1.1土力学理论发展的简单概述1
1.2土的工程性质和特点3
1.3土力学理论的特点（预测的不确定性）5
1.4从更加宽广的视角发展现有的土力学理论11
思考题13
上篇
2土的形成17
2.1地壳的构造17
2.2地壳的物质组成19
2.3地质循环作用19
2.4风化作用24
2.5运移和沉积31
2.6沉积后的成土作用32
2.7本章结语43
思考题43
3土矿物学简介44
3.1土中非黏土矿物45
3.2黏土矿物的基本结构48
3.3黏土矿物中晶片之间和晶层之间的联结和相互作用65
3.4表面现象66
3.5各黏土矿物结构、同晶置换和表面积的主要特征67
3.6黏土矿物特征的总结77
3.7可溶盐类82
3.8有机质82
3.9黏土矿物的来源82
3.10确定土的组成83
3.11X射线衍射分析86
3.12矿物成分分析的其他方法93
3.13土的矿物成分的定量分析94
3.14本章结语96
思考题97
4土-水物理化学的相互作用98
4.1水与冰的内部结构98
4.2水中溶解离子的影响101
4.3土颗粒表面吸附作用的机理102
4.4吸附水的结构和性质104
4.5土-水-电解质系统108
4.6土-水系统中离子的分布108
4.7扩散双电层理论基础109
4.8系统变量对扩散双电层的影响112
4.9Gouy-Chapman扩散双电层模型的局限性113
4.10能量和斥力117
4.11长程引力118
4.12相互作用的净能量119
4.13阳离子交换120
4.14阳离子置换的理论122
4.15土-无机化学的相互作用123
4.16土-有机化学的相互作用124
4.17本章结语124
思考题125
5土的结构和组构126
5.1组构及其定义127
5.2单个颗粒形成的组构133
5.3细小颗粒的组构138
5.4孔隙比及其分布138
5.5用于组构分析土样的获取和制备139
5.6组构研究的方法143
5.7孔隙尺寸及其分布的分析149
5.8确定土组构特征的间接方法151
5.9本章结语154
思考题154
6土的成分、形成、结构与其工程性质和稳定性155
6.1土的成分与其工程性质关系概述155
6.2土的结构与工程性质概述157
6.3研究土的成分和工程性质之间关系的方法157
6.4粒状土的工程性质158
6.5黏土的控制性影响因素167
6.6黏土的Atterberg界限含水量168
6.7可置换阳离子和pH的影响172
6.8黏土矿物的工程性质172
6.9土中有机物的影响178
6.10土的成分及其影响小结181
6.11土的结构概念的发展181
6.12残积土186
6.13地表残积土及其分类192
6.14陆相沉积193
6.15海相与陆相混合沉积196
6.16海相沉积197
6.17化学和生物沉积199
6.18关于土的组构、结构与其工程性质关系的一般性考虑200
6.19土的组构及其性质的各向异性205
6.20砂土的组构和液化210
6.21敏感性及其产生的原因213
6.22敏感黏土性质与其他指标、变量的相互关系224
6.23分散黏土229
6.24土的崩解232
6.25湿陷土和膨胀土232
6.26硬土和软岩234
6.27本章结语235
思考题236
下篇
7土的均匀、连续化和变量的选择及有效应力和粒间应力241
7.1概述241
7.2热力学的一些基本概念242
7.3表征体元245
7.4变量的选择和有效应力252
7.5粒间应力的作用253
7.6有效应力的进一步讨论264
思考题267
8土的一般性质和体积变形268
8.1土的一般力学性质268
8.2土的应力形式及其强度和变形272
8.3土力学实验273
8.4颗粒之间的物理相互作用276
8.5土的体积变形及其对土的力学性质和渗透性的影响283
8.6土的各向同性压缩和膨胀285
8.7一维压缩和膨胀与各向同性压缩和膨胀及三维轴对称压缩和膨胀的比较289
8.8有关土体积变化的深入探讨292
8.9场地的水平应力313
思考题316
9临界状态土力学1：土的基本概念和行为318
9.1概述318
9.2三维轴对称情况下的应力和应变320
9.3正常固结土323
9.4土的临界状态324
9.5正常固结黏土的偏应力作用和体积变形340
9.6超固结土的偏应力作用和体积变形355
9.7砂土的偏应力作用和体积变形368
思考题379
10临界状态土力学2：剑桥模型381
10.1概述381
10.2土的线弹性变形382
10.3土的塑性变形388
10.4原始剑桥模型392
10.5修正剑桥模型397
10.6不排水情况下剑桥模型塑性应变增量方程400
10.7三轴伸长情况401
10.8三维主应力空间中土的屈服面和状态边界面402
10.9采用通过三轴压缩实验得到的参数预测平面应变条件下土的行为417
10.10三维空间中土的应力作用的讨论422
10.11主应力轴旋转的影响427
10.12土体的刚度427
10.13土性指标的确定430
10.14剑桥模型的优点和局限性431
10.15例题433
思考题441
11土的强度理论443
11.1土的抗剪强度446
11.2莫尔-库仑强度理论454
11.3莫尔-库仑强度理论的应用及其参数的确定462
11.4三维强度理论476
11.5影响土强度的因素489
11.6砂土的抗剪强度参数500
11.7黏土的抗剪强度参数507
11.8土的残余状态和残余强度509
11.9混合土的强度513
11.10土的黏聚力517
11.11土的抗拉强度和抗拉剪耦合作用强度理论519
思考题529
12饱和土的固结理论531
12.1太沙基一维固结理论531
12.2太沙基一维固结方程的求解533
12.3一维固结理论的发展538
12.4三维固结理论543
思考题549
13土的流变551
13.1流变是什么551
13.2软黏土流变的微观解释552
13.3软黏土的三大流变特性554
13.4流变本构理论研究576
13.5三维流变本构模型583
13.6三大流变特性的统一性589
13.7流变本构理论的应用研究594
13.8结论604
思考题604
14非饱和土力学606
14.1概述606
14.2吸力与土水特征曲线607
14.3独立状态变量的选择613
14.4非饱和土的强度理论618
14.5非饱和土的变形理论626
思考题642
15土的渗流643
15.1概述643
15.2饱和土的渗透性和渗流定律643
15.3饱和土的渗透系数647
15.4非饱和土的渗透性649
15.5非饱和土的渗透系数652
15.6渗透系数的测定656
思考题663
16土的多场多变量耦合理论664
16.1概述664
16.2流动规律和耦合流动665
16.3多孔介质理论666
16.4水-力（HM）耦合方程673
16.5热-水-力（THM）耦合方程（高温）677
16.6热-水-力（THM）耦合控制方程（低温）680
16.7水-力-化（HMC）耦合控制方程682
参考文献686
编后语721
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| 內容試閱：
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为何要编写这本书，这是每一位严肃、认真、负责任的编者都需要认真考虑的问题。国内较早的、用于研究生高等土力学教学的书有：黄文熙等人（1983）编写的《土的工程性质》，钱家欢、殷宗泽（1980）编写的《土工原理与计算》，以及后来龚晓南（1996）、李广信（2004，2016）、谢定义等（2008）一批学者出版的《高等土力学》，并且已经有了十来个版本。
国内高等土力学的教学受到黄文熙等人（1983）编写的《土的工程性质》，钱家欢、殷宗泽（1980）编写的《土工原理与计算》，李广信等人（2004，2016）编写的《高等土力学》的影响较大，对岩土专业研究生的培养产生了良好和重要的作用，为提高研究生的培养水平做出了卓越贡献。在高等土力学相关教材已经有了很多个版本的情况下，为何还要再编写一本？这是需要本书编者认真回答的问题。
这主要是由于目前此类教材虽然各有特色和优点，但从总体上来看，存在以下不足（个人看法）：
（1）缺少土的成分、形成、结构、工程性质方面较为深入的内容，而这方面的内容对于土力学的研究者和高水平的工程师是至关重要的。Terzaghi和Peck（1948）编写的经典教材《工程实用土力学》中就有近四分之一的篇幅论述这部分内容。我认为有必要在教材中深入介绍这部分内容。
（2）缺少深入介绍现代土力学中具有里程碑意义的成果，即临界状态土力学的内容。在已有高等土力学相关教材中，多数仅介绍临界状态土力学中的剑桥模型，而对其中所涉及的关于土体剪切变形的一些基本性质、概念和内容则介绍得不够，也不深入，缺少必要的内容。这就导致国内岩土专业的研究生的知识体系中缺少这方面的内容，落后于国际土力学理论的现有水平。
（3）缺少非饱和土力学的内容。非饱和土力学在最近30多年间取得了很多研究成果，值得介绍。虽然有些高等土力学相关教材也零散地介绍过一些非饱和土力学的内容，但缺乏完整性和系统性。另外，如果土力学中没有非饱和土力学的内容，那么这门学科是不完整的（可能有些作者认为，这部分内容需要另外专门讨论）。原因很简单，除了饱和土之外，还有到处都存在的非饱和土；而作为内容完整的高等土力学教材，不介绍非饱和土力学，总是有所欠缺的。
另外，一个不引人注意，但非常基础而重要的问题是：为何将土这样一种疏松、离散和黏结力很弱的矿物颗粒及其周围充满液体和气体的混合堆积物，用连续介质力学理论进行描述和分析，而这样做的理由和适用条件为何？一般高等土力学教材都没有讨论过这样的问题。此外，如何选择变量描述土的力学性质和行为？表征体元（或土力学中称之为土样）应该具有哪些基本特征？有效应力原理的本质和局限性为何？对这些基础而重要的问题，一般高等土力学教材中极少论述过。为此我认为有必要出版一本新的高等土力学教材，该教材应该包括这些基础性内容。另外，本书与现有的高等土力学教材在很多方面都具有不同之处，用心的读者从书中自能体会到。这就是出版这本《高等土力学原理》的动机和意义。
为弥补上述不足，我在近30年的土力学教学实践中，一直注意补充相关的教学内容和材料。作为高校教师，出版高水平、高质量的教材是我义不容辞的责任和义务。在完成了本科生教材《土力学原理》第2版的编写后，我就开始着手编写研究生教材《高等土力学原理》。
编写本书的目的是：为培养土力学方面功底和基础扎实、理解深入的优秀研究生提供必要的基础理论方面的教材。
有很多人也许会说，这本书的内容太宽泛，对我没有直接的用途，对我所从事的研究或工程也没有直接的关系。既然如此，为何还要学习这本书？
我的回答是，这要看你想走多远，想达到何种水平、高度和境界。如果你仅想做一名普通、平庸的工程师或研究者，可以不去理会本书所讲述的内容。但对于具有更高要求的人来说，就需要对土力学现有知识具有更加广泛而深入的了解，这就需要深层次地理解和体会本书所涉及的内容，强化一些土的微观机理、形成历史和结构方面的知识（这些内容对认识和理解土的宏观行为所产生的原因和机理是非常重要的），增强对土的基本性质及其力学描述（临界状态土力学）的认识和理解，这些知识都是土力学中的基础性知识，只有掌握了它们，才能更好地从事土力学的科学研究或处理好与土相关的工程问题。并且只有掌握了已有的知识，站在巨人的肩膀上，才能取得更大的进步和成功。如果你对土力学理论存在的局限性，影响土的强度、变形、渗流行为的因素和机理（包括微观机理）都不了解，又何谈解决与土相关的问题？
本书是对已有土力学知识的一个综合和系统性的介绍，是一本教材，而不是一本学术专著。所以书中所介绍的内容（除了第7章部分内容外），绝大部分是别人提出的研究成果，而我自己的研究成果介绍得很少。但我深信本书是一本有特色的高等土力学教材，它也反映了我对土力学知识的整体性把握及个人的认识和理解。与一般高等土力学教材相比，本书的一个特点是：其内容较为基础、丰富、系统和深入，它不只提供了土力学中力学方面的经典内容（这是一般高等土力学教材介绍的内容），并且还包含了临界状态土力学的内容。另外，本书还介绍了影响土的力学性质和行为的其他方面的内容，如土中物理化学的作用和影响、土的结构的作用等。而这方面的内容对土力学将来的发展具有重要的意义。原因是土的宏观力学性质和行为的研究已经较为深入了（与微观研究相比），而这些其他内容所涵盖的影响因素（对土的力学行为有时会具有决定性的作用和影响）在现有土力学的理论和模型中却很少得到考虑和反映，不得不说，目前的土力学理论是有很大的局限性和不足的。例如，目前的强度和变形模型中很少有反映土的结构性影响的。物理化学、土的结构等内容对研究者和工程师深入认识及理解土的行为也是至关重要的。应该承认，我的这种认识得益于Mitchell和Soga（2005）的著作Fundamentals of soil behavior，本书中的很多内容就取材于该书。另外，实际上我本人对化学和物理化学的内容并不熟悉，而这部分内容却是认识和描述土的微观性质的基础，所以迫不得已，我不得不勉为其难地转述别人的描述，其中必然会存在不当之处，希望读者体谅。
好的教材要求作者具有深厚的学识和宽广的视野，能够在总体上把握整个学科的内容和发展方向，需要作者花费足够多的时间和精力去思考写什么、如何写及达到何种程度等。为追求更好并满足上述要求，需要投入的时间和精力可能是非常巨大的。但人的生命是有限的，所以需要有确定的程度和深度的要求，以及具体的编写目标和计划。另外，一本教材无论多么优秀，肯定会存在缺点和不足，并且随着时间的推移，它也必将会逐渐过时。
关于本书的定名。实际上，最初我把本书定名为《理论土力学》，其副标题为“为研究生和研究者使用的理论土力学基础”。这种定名的原因是本书仅论述了土力学的理论部分，而基本没有涉及土力学的应用。但以《理论土力学》定名的土力学书籍已经有两本了，并且均出自名家，其中一本为土力学的奠基人Terzaghi（1943）所撰写，而另一本为沈珠江院士（2000）所撰写。所以若再以《理论土力学》作为本书的书名，有重复和不自量力之嫌。考虑前后继承和延续，我把这本书作为此前本科生教材《土力学原理》的后续教材，并称之为《高等土力学原理》。这样的定名既能够反映前后的继承、延续、拓广和深入，也能够表达其内容仅涉及基本原理的情况。这一定名还有一个好处，就是能够表示与其他高等土力学教材的区别。《高等土力学原理》上篇的内容是北京交通大学岩土工程专业博士生学位课的教学内容；下篇的大部分内容是北京交通大学岩土工程专业硕士生学位课的教学内容。这两篇内容反映了北京交通大学土力学专业的教学特色。关于本书的内容，有人建议加入土动力学和土的击实特性等内容，但考虑到这些内容比较专业和特殊，不属于土的基础性质，所以我没有将其纳入到本书中。
在本书编写期间，我已经处于半退休或退休状态，所以有足够的时间和精力投入到本书的编写工作中。经过长达20多年的思考、收集材料和5年的具体编写，以及其他诸位编者的共同努力，我终于在今年完成了《高等土力学原理》的编写工作，也完成了对本专业所期望和许诺的最后一件重要的事情。希望本书的出版和使用，可以提高我国岩土专业研究生土力学基础理论方面的培养水平，并盼望接近或达到国际近一二十年的培养水平，缩短土力学基础理论培养方面与国际先进国家培养水平的差距。当然这只是我个人的目标和愿望，能否实现有待将来教学实践的检验。限于编者的能力和学识有限，书中存在缺点和不足也是必然的，希望读者提出批评和指正，以利于本书将来的进一步修订。
本书第1至11章由赵成刚编写，第12、14章由刘艳编写，第15、16章由李舰、蔡国庆编写，第13章由香港理工大学尹振宇编写；最后由赵成刚、刘艳、李舰统编。除了香港理工大学尹振宇外，其余编者都是北京交通大学的教师。另外，本书的校对工作得到了博士生苏彦林和米明昊的帮助。
本书得到北京交通大学出版基金的资助，对此表示感谢。另外，在编写10.14.3节时，得到了姚仰平、周安楠教授的帮助；在与宋二祥教授对总应力表示的三轴固结不排水强度公式的讨论中，受益匪浅，并改正了式（11.29）的表述；在编写本书的过程中与韦昌富教授和孙德安教授进行过有益的讨论，并获得了建议和帮助。在此对上述老朋友的帮助表示由衷的感谢。
赵成刚
2022年10月于北京交通大学新园
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