作者：徐永福，刘建红著
页数：10,430页
出版社：科学出版社
出版日期：2024
ISBN：9787030785275
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内容简介
本书系统阐述膨胀土的地质成因、矿物成分和膨胀等级的划分方法，论述膨胀土的强度特性、胀缩性和裂隙性；基于膨胀土孔隙表面的分形模型，揭示膨胀土的水力作用机理，建立膨胀土的广义有效应力和膨胀变形理论；探究胀缩裂隙控制的膨胀土边坡浅层失稳机制和软弱夹层控制的膨胀土边坡深层失稳机制，提出膨胀土边坡两种失稳机制的稳定性评价方法；建立膨胀土的朗肯土压力理论，提出了膨胀土边坡的新型防护技术：分隔防护技术、减压支挡技术和超前稳固技术，形成了膨胀土边坡防护的土袋防护技术、加筋土覆盖技术、复合防排水技术、EPS减压挡土墙技术、抗滑桩技术、锚固技术、桩板墙技术和生态防护技术理论体系，建成新型防护技术的标准化应用示范工程；对膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法、膨胀土滑坡的早期识别方法以及膨胀土边坡变形的北斗实时监测技术进行系统研究。
本书可供从事防灾减灾工程、地质环境工程、岩土工程的科研、教学、工程技术、管理技术人员参考阅读，也可作为工程技术和管理技术人员设计、施工、抢险的指导书。
作者简介
徐永福，上海交通大学二级教授、长聘教授、博士研究生导师，人选教育部新世纪优秀人才支持计划以及2021年和2022年全球前2％顶尖科学家榜单。现担任《岩土工程学报》《工程地质学报》《金属矿山》编委、中国岩石力学与工程学会红层工程分会常务理事、中国水利学会岩土力学专业委员会常务理事、中国非饱和（特殊）土力学专业委员会副主任委员等。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等科研项目100余项，在国内外学术期刊上发表160余篇学术论文，其中国际期刊SCI检索论文80余篇，出版专著8部，授权专利10项，主编标准6部，获省部级自然科学奖3项、科技进步奖3项。
刘建红，正高级工程师。毕业于西南交通大学桥梁及地下工程系，长期从事勘察设计和技术管理工作，是位业务精湛的科技型专家和领军人物。主持过多项铁路、轨道交通、市政桥梁等大型工程项目的规划设计咨询与科研工作，以及长三角交通一体化区域铁路与轨道交通研究：获得“铁道部优秀共产党员”“青年科技拔尖人才”“上海市建设质量勘察设计十大精英”“火车头奖章”等荣誉称号，获省部级科技奖多项；在核心期刊发表论文多篇，主编《上海市域铁路设计规范(试行)》，负责多项铁路建造关键技术研究，并获得多项发明专利。
目录
绪论 1
1 膨胀土的地质成因与判别方法 5
1.1 膨胀土的成因与成分 5
1.1.1 膨胀土分布的分带性 5
1.1.2 膨胀土的地质成因 5
1.1.3 膨胀土的矿物成分 7
1.2 膨胀土的结构模型 15
1.2.1 颗粒分布 16
1.2.2 孔隙分布 18
1.2.3 孔隙表面分维 20
1.3 膨胀土的判别与等级划分 23
1.3.1 判别指标 23
1.3.2 判别方法 29
1.3.3 等级划分 29
2 膨胀土孔隙水的分布形态 32
2.1 核磁共振的基本概念 32
2.1.1 弛豫时间 32
2.1.2 弛豫机制 32
2.2 土-水作用 33
2.2.1 盐溶液的影响 35
2.2.2 温度的影响 38
2.3 孔隙水的状态 43
2.3.1 土-水特征曲线 43
2.3.2 吸附水与毛细水的区分 44
2.3.3 脱吸湿过程中水分分布 45
3 膨胀土的强度特性 48
3.1 无侧限抗压强度 48
3.2 抗拉强度 49
3.2.1 抗拉强度理论 49
3.2.2 拉伸试验类型 51
3.2.3 一轴拉伸试验 52
3.3 剪切强度 57
3.3.1 直剪试验 57
3.3.2 非饱和土剪切强度理论 59
4 膨胀土的胀缩特性 64
4.1 膨胀变形 64
4.1.1 膨胀变形机理 64
4.1.2 扩散双电层理论 65
4.1.3 分形吸附理论 70
4.2 收缩变形 79
4.2.1 收缩变形试验 79
4.2.2 收缩特性曲线方程 81
4.2.3 收缩特性曲线的分形模型 84
5 膨胀土的裂隙特性 87
5.1 裂隙发育机理 87
5.2 胀缩裂隙发育规律 90
5.2.1 裂隙率 90
5.2.2 裂隙尺寸 91
5.2.3 裂隙的分维 92
5.2.4 引江济淮膨胀土的裂隙特性 93
5.3 裂隙性膨胀土的剪切强度 99
5.3.1 裂隙土的强度组成 99
5.3.2 裂隙土强度的尺寸效应 100
5.3.3 裂隙土的剪切强度理论 103
6 膨胀土的土压力理论 105
6.1 土压力的测试结果 105
6.1.1 索洛昌(1982)的测试结果 105
6.1.2 蒋世庭等(2011)的测试结果 106
6.1.3 模型试验结果 106
6.2 土压力的经验公式 107
6.2.1 Sudhindra和Moza(1988)的经验公式 107
6.2.2 Nelson等(2015)的经验公式 108
6.3 土压力理论 109
6.3.1 非饱和土的土压力理论 109
6.3.2 膨胀土的库仑土压力理论 112
6.3.3 膨胀土的朗肯土压力理论 115
7 胀缩裂隙控制的膨胀土边坡浅层失稳机制及其稳定性分析方法 119
7.1 模型试验 119
7.1.1 模型制作 119
7.1.2 仪器布设 120
7.1.3 试验结果分析 121
7.2 降雨-蒸发模拟 123
7.2.1 计算模型 123
7.2.2 计算参数 124
7.2.3 计算结果 125
7.3 裂隙发育模拟 127
7.3.1 胀缩变形模拟 127
7.3.2 离散元接触模型 127
7.3.3 计算参数 128
7.3.4 计算结果 129
7.4 边坡稳定性的计算方法 130
7.4.1 计算参数 131
7.4.2 计算结果 132
7.5 稳定性分析方法比较 136
8 软弱夹层控制的膨胀土边坡深层失稳机制及其稳定性评价方法 141
8.1 模拟方法 141
8.1.1 计算模型 141
8.1.2 本构理论 142
8.1.3 计算参数 145
8.2 边坡失稳机制 146
8.2.1 位移 146
8.2.2 应力 148
8.2.3 塑性区 151
8.2.4 稳定性系数 153
8.3 最优坡角 155
8.3.1 位移 155
8.3.2 应力 157
8.3.3 塑性区 158
8.3.4 稳定性系数 160
9 膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术 162
9.1 失稳特征 162
9.1.1 浅层性 162
9.1.2 牵引性 164
9.1.3 平缓性 165
9.1.4 反复性 166
9.1.5 成群性 166
9.1.6 方向性 166
9.1.7 季节性 166
9.2 新型防治技术 167
9.2.1 分隔防护技术 168
9.2.2 减压支挡技术 170
9.2.3 超前稳固技术 171
10 膨胀土边坡的土袋防护技术 174
10.1 增强机理 174
10.1.1 土袋的抗压强度 174
10.1.2 土袋间的摩擦角 177
10.1.3 土袋地基承载力 181
10.2 护坡设计 183
10.2.1 设计方法 183
10.2.2 标准化技术 185
10.3 护坡施工 186
10.3.1 施工准备 186
10.3.2 施工工艺 187
10.4 应用示范工程 188
10.4.1 南京绕越高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 188
10.4.2 广西崇爱高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 192
11 膨胀土边坡的加筋土覆盖技术 200
11.1 加筋模型试验 200
11.1.1 土性试验 200
11.1.2 模型制作 200
11.1.3 试验结果分析 204
11.2 数值模拟 210
11.2.1 计算模型 210
11.2.2 计算参数 211
11.2.3 计算结果分析 211
11.3 应用示范工程 219
11.3.1 工程概况 219
11.3.2 施工工艺 219
11.3.3 施工监测 222
12 膨胀土边坡的复合防排水结构 225
12.1 毛细阻滞效应 225
12.2 渗流分析 226
12.2.1 计算模型 226
12.2.2 计算参数 227
12.2.3 边界条件 228
12.2.4 复合防排水结构的影响 228
12.2.5 复合防排水结构形式的影响 232
12.2.6 影响因素分析 235
12.3 模型试验 241
12.3.1 模型箱设计 241
12.3.2 回填与压实 242
12.3.3 监测元件布置 243
12.3.4 试验结果分析 245
12.4 应用示范工程 247
12.4.1 工程概况 247
12.4.2 设计方案 248
12.4.3 施工流程 249
12.4.4 施工监测 250
13 土工泡沫(EPS)减压挡土墙技术 255
13.1 无侧限抗压强度 255
13.2 应力历史的影响 256
13.2.1 试验方案 256
13.2.2 试验结果分析 258
13.3 减压性能 264
13.3.1 试验方案 264
13.3.2 试验结果分析 264
13.4 土压力分布 265
13.4.1 模型试验 265
13.4.2 试验结果分析 267
13.5 设计方法 270
13.5.1 减压机理 270
13.5.2 土压力公式 271
13.5.3 EPS板选择 271
13.6 应用示范工程 272
13.6.1 工程概况 272
13.6.2 监测元件埋设 273
13.6.3 监测结果分析 274
14 膨胀土边坡支挡的抗滑桩技术 276
14.1 门式抗滑桩 276
14.1.1 设计方法 276
14.1.2 应用示范工程 279
14.2 双排抗滑桩 293
14.2.1 概述 293
14.2.2 设计方法 293
14.2.3 应用示范工程 296
15 膨胀土边坡的锚固技术 305
15.1 锚固技术 305
15.1.1 注浆锚杆 305
15.1.2 扩大头锚杆 305
15.1.3 伞型锚 306
15.2 设计方法 308
15.2.1 稳定性分析 308
15.2.2 锚固力确定 308
15.2.3 连接杆体横截面面积确定 309
15.3 锚固施工 309
15.4 应用示范工程 312
15.4.1 临时加固工程 312
15.4.2 永久修复工程 317
16 膨胀土边坡防护的桩板墙技术 322
16.1 数值模拟 322
16.1.1 数值模型 322
16.1.2 模型验证 323
16.1.3 参数分析 324
16.2 标准化设计 330
16.2.1 悬臂段长度 330
16.2.2 悬臂段桩身内力计算 331
16.2.3 嵌固段长度 333
16.2.4 桩径及桩间距 334
16.2.5 桩板墙构造形式 335
16.2.6 减压层设计及膨胀土边坡设计 337
16.3 施工工法 337
16.3.1 成桩方法 337
16.3.2 工艺流程 337
16.4 应用示范工程 341
16.4.1 工程概况 341
16.4.2 加固方法 341
16.4.3 监测内容 342
16.4.4 监测结果分析 343
17 膨胀土边坡的生态防护技术 347
17.1 植物选型 347
17.1.1 植物选型原则 347
17.1.2 植物类型推荐 347
17.2 根系加筋作用 355
17.2.1 加筋机理 355
17.2.2 加筋力学模型 356
17.2.3 加筋效果分析 357
17.3 根系锚固作用 359
17.3.1 锚固机理 359
17.3.2 锚固力学模型 360
17.3.3 锚固效果分析 360
17.4 根系蒸腾作用 364
17.4.1 植物蒸腾作用 364
17.4.2 根系吸水模型 365
17.4.3 蒸腾效应分析 366
17.5 根系土剪切强度 371
17.5.1 根系的拉伸强度 371
17.5.2 根系土的强度 374
17.5.3 根系土剪切强度计算方法 378
17.6 根系土膨胀特性 380
17.7 应用示范工程 381
17.7.1 工程概况 381
17.7.2 生态防护设计 381
18 膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法 384
18.1 病害类型 384
18.1.1 坡面防护及排水工程 384
18.1.2 挡土墙工程 384
18.2 健康诊断指标 385
18.3 健康诊断方法 389
18.3.1 改进的层次分析法 389
18.3.2 正交试验方法 392
18.3.3 聚类分析方法 395
18.4 应用示范工程 399
18.4.1 二分k-means诊断结果 399
18.4.2 高斯混合聚类方法的诊断结果 400
18.4.3 模糊层次分析法的诊断结果 401
18.4.4 健康诊断结果验证 401
19 膨胀土滑坡隐患识别与北斗实时监测技术 404
19.1 膨胀土滑坡隐患识别技术 404
19.1.1 合成孔径雷达干涉测量 404
19.1.2 膨胀土边坡隐患识别技术 407
19.1.3 南水北调中线工程膨胀土边坡隐患识别 409
19.2 北斗/GNSS实时监测技术 416
19.2.1 普适性北斗/GNSS监测设备 416
19.2.2 北斗/GNSS实时监测技术及原理 417
19.2.3 广西宁明膨胀土边坡北斗/GNSS实时监测 419
参考文献 423
附录 现场病害调查表 429
1 膨胀土的地质成因与判别方法 5
1.1 膨胀土的成因与成分 5
1.1.1 膨胀土分布的分带性 5
1.1.2 膨胀土的地质成因 5
1.1.3 膨胀土的矿物成分 7
1.2 膨胀土的结构模型 15
1.2.1 颗粒分布 16
1.2.2 孔隙分布 18
1.2.3 孔隙表面分维 20
1.3 膨胀土的判别与等级划分 23
1.3.1 判别指标 23
1.3.2 判别方法 29
1.3.3 等级划分 29
2 膨胀土孔隙水的分布形态 32
2.1 核磁共振的基本概念 32
2.1.1 弛豫时间 32
2.1.2 弛豫机制 32
2.2 土-水作用 33
2.2.1 盐溶液的影响 35
2.2.2 温度的影响 38
2.3 孔隙水的状态 43
2.3.1 土-水特征曲线 43
2.3.2 吸附水与毛细水的区分 44
2.3.3 脱吸湿过程中水分分布 45
3 膨胀土的强度特性 48
3.1 无侧限抗压强度 48
3.2 抗拉强度 49
3.2.1 抗拉强度理论 49
3.2.2 拉伸试验类型 51
3.2.3 一轴拉伸试验 52
3.3 剪切强度 57
3.3.1 直剪试验 57
3.3.2 非饱和土剪切强度理论 59
4 膨胀土的胀缩特性 64
4.1 膨胀变形 64
4.1.1 膨胀变形机理 64
4.1.2 扩散双电层理论 65
4.1.3 分形吸附理论 70
4.2 收缩变形 79
4.2.1 收缩变形试验 79
4.2.2 收缩特性曲线方程 81
4.2.3 收缩特性曲线的分形模型 84
5 膨胀土的裂隙特性 87
5.1 裂隙发育机理 87
5.2 胀缩裂隙发育规律 90
5.2.1 裂隙率 90
5.2.2 裂隙尺寸 91
5.2.3 裂隙的分维 92
5.2.4 引江济淮膨胀土的裂隙特性 93
5.3 裂隙性膨胀土的剪切强度 99
5.3.1 裂隙土的强度组成 99
5.3.2 裂隙土强度的尺寸效应 100
5.3.3 裂隙土的剪切强度理论 103
6 膨胀土的土压力理论 105
6.1 土压力的测试结果 105
6.1.1 索洛昌(1982)的测试结果 105
6.1.2 蒋世庭等(2011)的测试结果 106
6.1.3 模型试验结果 106
6.2 土压力的经验公式 107
6.2.1 Sudhindra和Moza(1988)的经验公式 107
6.2.2 Nelson等(2015)的经验公式 108
6.3 土压力理论 109
6.3.1 非饱和土的土压力理论 109
6.3.2 膨胀土的库仑土压力理论 112
6.3.3 膨胀土的朗肯土压力理论 115
7 胀缩裂隙控制的膨胀土边坡浅层失稳机制及其稳定性分析方法 119
7.1 模型试验 119
7.1.1 模型制作 119
7.1.2 仪器布设 120
7.1.3 试验结果分析 121
7.2 降雨-蒸发模拟 123
7.2.1 计算模型 123
7.2.2 计算参数 124
7.2.3 计算结果 125
7.3 裂隙发育模拟 127
7.3.1 胀缩变形模拟 127
7.3.2 离散元接触模型 127
7.3.3 计算参数 128
7.3.4 计算结果 129
7.4 边坡稳定性的计算方法 130
7.4.1 计算参数 131
7.4.2 计算结果 132
7.5 稳定性分析方法比较 136
8 软弱夹层控制的膨胀土边坡深层失稳机制及其稳定性评价方法 141
8.1 模拟方法 141
8.1.1 计算模型 141
8.1.2 本构理论 142
8.1.3 计算参数 145
8.2 边坡失稳机制 146
8.2.1 位移 146
8.2.2 应力 148
8.2.3 塑性区 151
8.2.4 稳定性系数 153
8.3 最优坡角 155
8.3.1 位移 155
8.3.2 应力 157
8.3.3 塑性区 158
8.3.4 稳定性系数 160
9 膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术 162
9.1 失稳特征 162
9.1.1 浅层性 162
9.1.2 牵引性 164
9.1.3 平缓性 165
9.1.4 反复性 166
9.1.5 成群性 166
9.1.6 方向性 166
9.1.7 季节性 166
9.2 新型防治技术 167
9.2.1 分隔防护技术 168
9.2.2 减压支挡技术 170
9.2.3 超前稳固技术 171
10 膨胀土边坡的土袋防护技术 174
10.1 增强机理 174
10.1.1 土袋的抗压强度 174
10.1.2 土袋间的摩擦角 177
10.1.3 土袋地基承载力 181
10.2 护坡设计 183
10.2.1 设计方法 183
10.2.2 标准化技术 185
10.3 护坡施工 186
10.3.1 施工准备 186
10.3.2 施工工艺 187
10.4 应用示范工程 188
10.4.1 南京绕越高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 188
10.4.2 广西崇爱高速公路膨胀土路堑边坡防护工程 192
11 膨胀土边坡的加筋土覆盖技术 200
11.1 加筋模型试验 200
11.1.1 土性试验 200
11.1.2 模型制作 200
11.1.3 试验结果分析 204
11.2 数值模拟 210
11.2.1 计算模型 210
11.2.2 计算参数 211
11.2.3 计算结果分析 211
11.3 应用示范工程 219
11.3.1 工程概况 219
11.3.2 施工工艺 219
11.3.3 施工监测 222
12 膨胀土边坡的复合防排水结构 225
12.1 毛细阻滞效应 225
12.2 渗流分析 226
12.2.1 计算模型 226
12.2.2 计算参数 227
12.2.3 边界条件 228
12.2.4 复合防排水结构的影响 228
12.2.5 复合防排水结构形式的影响 232
12.2.6 影响因素分析 235
12.3 模型试验 241
12.3.1 模型箱设计 241
12.3.2 回填与压实 242
12.3.3 监测元件布置 243
12.3.4 试验结果分析 245
12.4 应用示范工程 247
12.4.1 工程概况 247
12.4.2 设计方案 248
12.4.3 施工流程 249
12.4.4 施工监测 250
13 土工泡沫(EPS)减压挡土墙技术 255
13.1 无侧限抗压强度 255
13.2 应力历史的影响 256
13.2.1 试验方案 256
13.2.2 试验结果分析 258
13.3 减压性能 264
13.3.1 试验方案 264
13.3.2 试验结果分析 264
13.4 土压力分布 265
13.4.1 模型试验 265
13.4.2 试验结果分析 267
13.5 设计方法 270
13.5.1 减压机理 270
13.5.2 土压力公式 271
13.5.3 EPS板选择 271
13.6 应用示范工程 272
13.6.1 工程概况 272
13.6.2 监测元件埋设 273
13.6.3 监测结果分析 274
14 膨胀土边坡支挡的抗滑桩技术 276
14.1 门式抗滑桩 276
14.1.1 设计方法 276
14.1.2 应用示范工程 279
14.2 双排抗滑桩 293
14.2.1 概述 293
14.2.2 设计方法 293
14.2.3 应用示范工程 296
15 膨胀土边坡的锚固技术 305
15.1 锚固技术 305
15.1.1 注浆锚杆 305
15.1.2 扩大头锚杆 305
15.1.3 伞型锚 306
15.2 设计方法 308
15.2.1 稳定性分析 308
15.2.2 锚固力确定 308
15.2.3 连接杆体横截面面积确定 309
15.3 锚固施工 309
15.4 应用示范工程 312
15.4.1 临时加固工程 312
15.4.2 永久修复工程 317
16 膨胀土边坡防护的桩板墙技术 322
16.1 数值模拟 322
16.1.1 数值模型 322
16.1.2 模型验证 323
16.1.3 参数分析 324
16.2 标准化设计 330
16.2.1 悬臂段长度 330
16.2.2 悬臂段桩身内力计算 331
16.2.3 嵌固段长度 333
16.2.4 桩径及桩间距 334
16.2.5 桩板墙构造形式 335
16.2.6 减压层设计及膨胀土边坡设计 337
16.3 施工工法 337
16.3.1 成桩方法 337
16.3.2 工艺流程 337
16.4 应用示范工程 341
16.4.1 工程概况 341
16.4.2 加固方法 341
16.4.3 监测内容 342
16.4.4 监测结果分析 343
17 膨胀土边坡的生态防护技术 347
17.1 植物选型 347
17.1.1 植物选型原则 347
17.1.2 植物类型推荐 347
17.2 根系加筋作用 355
17.2.1 加筋机理 355
17.2.2 加筋力学模型 356
17.2.3 加筋效果分析 357
17.3 根系锚固作用 359
17.3.1 锚固机理 359
17.3.2 锚固力学模型 360
17.3.3 锚固效果分析 360
17.4 根系蒸腾作用 364
17.4.1 植物蒸腾作用 364
17.4.2 根系吸水模型 365
17.4.3 蒸腾效应分析 366
17.5 根系土剪切强度 371
17.5.1 根系的拉伸强度 371
17.5.2 根系土的强度 374
17.5.3 根系土剪切强度计算方法 378
17.6 根系土膨胀特性 380
17.7 应用示范工程 381
17.7.1 工程概况 381
17.7.2 生态防护设计 381
18 膨胀土边坡防护工程的健康诊断方法 384
18.1 病害类型 384
18.1.1 坡面防护及排水工程 384
18.1.2 挡土墙工程 384
18.2 健康诊断指标 385
18.3 健康诊断方法 389
18.3.1 改进的层次分析法 389
18.3.2 正交试验方法 392
18.3.3 聚类分析方法 395
18.4 应用示范工程 399
18.4.1 二分k-means诊断结果 399
18.4.2 高斯混合聚类方法的诊断结果 400
18.4.3 模糊层次分析法的诊断结果 401
18.4.4 健康诊断结果验证 401
19 膨胀土滑坡隐患识别与北斗实时监测技术 404
19.1 膨胀土滑坡隐患识别技术 404
19.1.1 合成孔径雷达干涉测量 404
19.1.2 膨胀土边坡隐患识别技术 407
19.1.3 南水北调中线工程膨胀土边坡隐患识别 409
19.2 北斗/GNSS实时监测技术 416
19.2.1 普适性北斗/GNSS监测设备 416
19.2.2 北斗/GNSS实时监测技术及原理 417
19.2.3 广西宁明膨胀土边坡北斗/GNSS实时监测 419
参考文献 423
附录 现场病害调查表 429
