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第一章 软粘土中的土木工程发展史1

1.1 前言1

目录1

1.2.1 岩土工程的重大事件2

1.2 主要事件和成果2

1.2.2 早期委员会和组织3

1.3 软粘土分布地区4

1.4.1 稠度和物理化学特性9

1.4 软粘土的基本特性9

1.4.2.1 固结现象10

1.4.2 固结和沉降10

1.4.2.3 压缩性12

1.4.2.2　Terzaghi的固结理论12

1.4.2.4 沉降14

1.4.3.1 强度参数15

1.4.3 抗剪强度15

1.4.3.3 s？/σ？值17

1.4.3.2 φ＝0分析17

1.4.3.7 各向异性18

1.4.3.6 灵敏度18

1.4.3.4 实测抗剪强度的折减系数18

1.4.3.5 残余强度18

1.4.4.2 直剪试验19

1.4.4.1 概述19

1.4.3.8 蠕变19

1.4.4 评价抗剪强度的室内方法19

1.4.4.4 沉锥试验20

1.4.4.3 扭剪试验20

1.4.4.5 无侧限压缩试验21

1.4.4.8 室内十字板试验22

1.4.4.7 三轴试验22

1.4.4.6 挤压试验22

1.5.2.1 一般钻探方法23

1.5.2 勘察方法和设备23

1.5 现场勘察23

1.5.1 早期阶段23

1.5.3.1 瑞典的触探方法26

1.5.3 贯入试验26

1.5.2.2 水冲式钻探26

1.5.3.2 静力触探试验28

1.5.3.3 动力触探试验29

1.5.4.1 早期的十字板仪30

1.5.4 十字板试验30

1.5.4.2 Cadling的十字板仪31

1.5.4.3 新式的十字板仪32

1.5.6 取样33

1.5.5 其它原位勘察方法33

1.5.8 沉降仪36

1.5.7 孔隙压力量测36

1.6.1 基础37

1.6 承载力37

1.6.2 路堤和护道38

1.7.1 计算方法39

1.7 边坡的稳定性39

1.7.2.1 滑坡研究简史40

1.7.2 滑坡40

1.7.2.2 挪威的滑坡42

1.7.2.3 瑞典的滑坡45

1.7.2.5 加拿大的滑坡48

1.7.2.4 芬兰的滑坡48

1.8.1 桩的类型和打桩设备50

1.8 桩50

1.8.2 承载力52

1.9.1 建筑物基础56

1.9 施工方法56

1.9.2 浮筏基础58

1.9.3 港口59

1.9.4 隧道62

1.9.5 公路和铁路64

1.10.1 竖向排水67

1.10 软粘土的加固67

1.10.2 电渗法69

1.11 结束语70

2.2.1 粘土矿物的循环71

2.2 粘性土沉积物的形成71

第二章 软粘土工程地质学71

2.1 前言71

2.2.3 沉积速率72

2.2.2 沉积环境分类72

2.3.2 河流中悬浮物质的粒径分布73

2.3.1 水流速度和波浪能量73

2.3 影响沉积作用的因素73

2.3.3 盐度和絮凝作用74

2.3.4 生物活动的成球作用（Biogenic pelletizatio n）75

2.4.1　河相环境76

2.4 软粘土的沉积环境76

2.3.5 有机物质的影响76

2.4.2　湖相和冰湖相环境77

2.4.3　三角洲相环境79

2.4.5　潮滩和沼泽81

2.4.4　海湾和泻湖81

2.5.2　海平面的升降82

2.5.1　第四纪各世82

2.5　海平面变化和均衡隆起82

2.5.4　海岸线的迁移84

2.5.3　冰川均衡变形84

2.6.1　颗粒联结的类型和定义85

2.6　粘性土的结构和构造85

2.6.2　微结构和沉积环境的关系86

2.7.1 沉积层的压密88

2.7　重力压密88

2.7.2　沉积压缩曲线89

2.7.3　影响粘土沉积压密的其它因素93

2.7.4 由于压力增加引起的颗粒定向作用94

2.8　老化和沉积的滞后压缩95

2.9.3　节理97

2.9.2　干燥和硬壳的形成97

2.9　软粘土沉积的物理和化学变化97

2.9.1　概述97

2.9.4 化学风化99

2.9.5　淋滤101

2.9.6　胶结105

2.9.7　物理和化学过程影响的小结106

2.10.1　粘土灵敏度和超灵敏粘土107

2.10　超灵敏粘土107

2.10.2　超灵敏粘土的形成和一般特性108

2.10.3　影响灵敏度的因素110

2.10.4　盐度在灵敏度中的作用111

2.10.5　形成超灵敏粘土的一般理论112

2.10.6　触变与灵敏度的关系113

2.11　软粘土的分类115

第三章　软粘土的勘探、取样和原位试验116

2.12　结束语116

3.1.2　实施规程118

3.1.1 资料收集118

3.1　前言118

3.1.3　钻机119

3.2.1　原状土样和扰动土样120

3.2　取样120

3.2.2　影响土样扰动的因素121

3.2.3.1 壁厚和刃口斜度122

3.2.3　取样器设计122

3.2.3.3　取样器尺寸123

3.2.3.2　内间隙和外间隙123

3.2.3.4　粘土和取样器之间的摩擦力124

3.2.3.5　防止土样落失125

3.2.5　薄壁开口取样器126

3.2.4　取样方法126

3.2.6.1　活塞取样器在挪威的发展127

3.2.6　活塞取样器127

3.2.6.2　复合式活塞取样器128

3.2.6.4　土样的取芯率130

3.2.6.3　液压和气体取样器130

3.2.7　块状取样132

3.2.6.5　连续取样132

3.2.8.2　处理和运送134

3.2.8.1　密封134

3.2.8　原状土样的处理134

3.2.8.3　貯存135

3.2.9　代表性土样136

3.3.2.1　十字板的尺寸138

3.3.2　影响十字板试验的因素138

3.3　十字板剪切试验138

3.3.1　十字板试验的原理138

3.3.2.3　十字板的插入139

3.3.2.2　十字板的形状139

3.3.2.4　十字板的转动速率140

3.3.3　对十字板试验结果的整理分析141

3.3.2.6　触变效应141

3.3.2.5　摩擦141

3.3.4　十字板机（Vane borers）142

3.4.1.1　瑞典压重触探法143

3.4.1　斯堪的纳维亚的触探试验143

3.4　触探试验143

3.4.1.2　斯堪的纳维亚的其它触探方法144

3.4.2　荷兰式圆锥触探试验145

3.4.3　电测触探仪147

3.4.6　触探试验的标准化148

3.4.5　特殊的圆锥触探仪148

3.4.4　其它的触探试验148

3.5.2　钻孔剪切仪149

3.5.1　现场剪切触探仪（Iskymeter）149

3.5　其它强度试验149

3.5.3　大尺寸现场试验150

3.6.1　Menard旁压仪151

3.6　应力-应变特性的测定151

3.5.4　应力-应变-强度仪151

3.6.3　总应力盒152

3.6.2　自钻式旁压仪152

3.6.5　确定应力-应变特性的各种方法的比较153

3.6.4　水力劈裂153

3.7　渗透试验154

3.8　地球物理勘探155

3.9　试验方法的标准化156

4.1　前言158

第四章　软粘土抗剪的应力-应变特性158

4.2.2　地下水位变化的影响159

4.2.1 成因159

4.2　软粘土的天然状态159

4.3　超固结条件的比较160

4.2.3　粘滞固结160

4.3.2　OCR随深度的变化161

4.3.1　超固结比的大小161

4.3.3　Ko值162

4.4.1　屈服的定义163

4.4　屈服163

4.4.2　一维固结中的屈服164

4.4.3　其它应力路径条件下的屈服和破坏165

4.4.4　排水试验的屈服轨迹166

4.4.5　不排水试验的屈服轨迹167

4.5.1　三个阶段169

4.5　不排水特性的一般概念169

4.5.2.2　三轴应力条件170

4.5.2.1　基本原理170

4.5.2　阶段1：弹性性状170

4.5.2.4　有效应力路径171

4.5.2.3　平面应变条件171

4.5.3　三轴压缩和三轴拉伸试验中土样的方向性对其弹性性状的影响172

4.5.4.1 三轴条件175

4.5.4　阶段2：塑性变形175

4.5.5　阶段3a：不软化的抑制性破坏176

4.5.4.2　平面应变条件176

4.6.1.1 各向异性的影响177

4.6.1 试样的方向性对三轴不排水抗剪强度的影响177

4.5.6　阶段3b：有软化的抑制性破坏177

4.6　不排水抗剪强度177

4.6.1.3　颗粒定向性可能产生的影响178

4.6.1.2　各向异性对应力路径的影响178

4.6.2　试验的加荷速率179

4.7　在地面荷载作用下软土地基中的孔隙水压力180

4.6.4　试验方式180

4.6.3　试样的大小180

4.7.1.1　概述181

4.7.1　对？srum地方轴对称荷载下的现场实例的分析181

4.7.1.2 ？srumⅠ ：中心线上3m深处的孔隙水压力仪A的观测结果183

4.7.1.3　？srumⅠ ：中心线上5m深处的孔隙水压力仪E的结果185

4.7.2　Canvey岛的现场轴对称加载试验结果的应用186

4.7.1.4 ？srumⅠ ：中心线以外的各孔隙水压力仪的结果186

4.7.3　在波士顿附近现场的平面应变堆载试验结果的应用188

4.8.1　基本原理190

4.8　变形分析190

4.8.3　剑桥的自钻式旁压仪191

4.8.2　软土地基上一段土堤的预估沉降量191

第五章　分析软粘土工程问题的现代方法194

4.9　结束语194

5.1　前言196

5.2　浅基础的地基承载力197

5.3　浅基础的沉降198

5.4　结构物的沉降速率202

5.5　桩基础的轴向承载力203

5.6　桩基础的沉降205

5.8　桩基础的侧向挠曲207

5.7　桩基础的侧向承载力207

5.9　路堤与挖方工程的稳定性209

5.10　路堤变形212

5.11　开挖的支撑215

5.12　永久性挡土结构217

5.13　区域性沉降218

5.14　结束语219

6.2.1　桩的类型220

6.2　桩220

第六章　软粘土上的基础220

6.1 前言220

6.2.2.2　打桩时的抗剪强度效应221

6.2.2.1　打桩时的应力221

6.2.2　打入软粘土中的桩221

6.2.2.3　打桩引起的孔隙水压力223

6.2.2.4　打桩引起的地面隆起224

6.2.3.1　单桩225

6.2.3　软粘土中单桩和群桩的极限承载力225

6.2.3.2　群桩228

6.2.4.1　概述229

6.2.4　单桩和群桩的沉降229

6.2.4.2　初始沉降230

6.2.4.3　时间和沉降的关系231

6.2.4.6　荷载分配232

6.2.4.5　差异沉降232

6.2.4.4　沉降速率232

6.2.5　桩的纵向弯曲和有初始弯曲的桩的承载力233

6.2.6.1 负摩擦力的计算235

6.2.6　负摩擦力235

6.2.6.2　负摩擦力的减少237

6.2.7.1　桩的侧向阻力238

6.2.7　软粘土中的桩和桩群的侧向受力238

6.2.7.2　桩的侧向挠曲239

6.2.7.3　桩的极限抗力240

6.2.8　堤桩242

6.2.9.1 土质勘察243

6.2.9　土质勘察和检验方法243

6.2.9.2　载荷试验244

6.3.1.1　分析的方法245

6.3.1 筏基-土的共同作用245

6.3　筏基245

6.3.1.3　弹性地基模型246

6.3.1.2　Winkler模型246

6.3.1.4　弹塑性地基模型247

6.3.2　带桩的筏基250

6.3.3　筏基的实际情况251

6.3.4　结束语252

7.1　前言253

第七章　软粘土的固结和沉降253

7.2.2　一维分析法与二维、三维分析法254

7.2.1　定义254

7.2　沉降的组成部分254

7.3.1　沉降分析的主要步骤255

7.3　预估沉降量的方法255

7.3.2　初始沉降期间的局部屈服256

7.3.3　常规的一维方法257

7.3.4　Skempton-Bjerrum法258

7.3.5.2　采用应力-应变等值线的方法259

7.3.5.1　一般原理259

7.3.5　应力路径法259

7.3.6.1　一般原理260

7.3.6　弹性方法260

7.3.5.3　采用室内试验模拟现场有效应力路径的方法260

7.3.6.4　蠕变沉降261

7.3.6.3　弹性位移理论261

7.3.6.2　应变相加法261

7.3.7　Bjerrum法262

7.3.8.1　修正的Cam粘土模型263

7.3.8　预估沉降所用的临界状态模型263

7.3.8.2　预估沉降量的应用265

7.3.10　预估沉降量的概率统计法266

7.3.9　有限元法266

7.3.8.3　临界状态模型的进一步发展266

7.3.11.1　从旁压仪试验估算沉降量267

7.3.11　原位试验法267

7.3.11.2　从静力触探试验估算沉降量268

7.4.1　对固结课题分析方法的分类269

7.4　一维固结沉降速率的预估方法269

7.4.2　Terzaghi理论及其缺点270

7.4.3.1　加荷与时间的关系271

7.4.3　改进的一维固结模型271

7.4.3.2　非线性应力-应变关系272

7.4.3.4　达西定律的有效性273

7.4.3.3　变化的土工参数273

7.4.3.6　成层土体系274

7.4.3.5　有限应变274

7.4.3.8　与时间有关的土骨架的特性275

7.4.3.7　地下水浸没的修正275

7.4.4.1　模型概念278

7.4.4　流变模型278

7.4.4.2　Gibson和Lo模型279

7.4.4.3　Barden模型280

7.4.5　沉降曲线的图解法（Asaoka法）281

7.5.1　一般原理284

7.5　二维和三维固结沉降的预计方法284

7.5.2　Terzaghi-Rendulic理论285

7.5.3　Biot理论286

7.5.4 准固结理论与Biot理论的比较288

7.6.1　一般特性和试验方法289

7.6　沉降分析中土工参数的测定289

7.6.2.2　先期固结压力的确定290

7.6.2.1 引起先期固结压力的机理290

7.6.2　先期固结压力290

7.6.3.1　一般特性的定义292

7.6.3　压缩指数和再压缩指数292

7.6.3.2　经验相关关系293

7.6.4.1　定义295

7.6.4　次固结系数295

7.6.3.3　概率统计法295

7.6.4.2　Ca与Cc间的相互关系296

7.6.5　固结系数298

7.6.6　土的静止侧压力系数299

7.6.7　弹性参数301

第八章　软粘土中挖方和隧道的性状和设计302

7.7　结束语302

8.2.2　与所处应力有关的粘土强度303

8.2.1　软粘土性状的分类303

8.1 前言303

8.2　挖方和隧道所处软粘土性状指标的定义303

8.2.3.1　刚度305

8.2.3　应力-应变关系305

8.2.6　土中的初始应力状态306

8.2.5　孔隙水压力的消散速率306

8.2.3.2　破坏后的性状306

8.2.4　膨胀的可能性306

8.3.2.1　美国旧金山Levi Strauss大楼的挖方工程307

8.3.2　支撑开挖的稳定性，荷载和位移之间的关系307

8.3　软粘土中的挖方307

8.3.1　概述307

8.3.2.2　屈服效应309

8.3.3　挖方周围的超孔隙水压力310

8.3.5.1　无支撑的挖方312

8.3.5　对软粘土中挖方稳定性的估计312

8.3.4　挖方周围的应力状态及其对土反应的影响312

8.3.5.2　有支撑的挖方313

8.3.6.1　系统荷载的大小314

8.3.6　作用在软粘土支撑系统上的荷载314

8.3.6.2　支撑荷载图316

8.3.7　软粘土中挖方支撑系统的位移317

8.3.6.4　作用在支撑或锚杆以外的其它构件上的荷载317

8.3.6.3　对Terzaghi-Peck荷载的偏离317

8.3.7.1　基本的位移模式318

8.3.7.2　基底隆起的趋势，土的刚度和板桩墙位移之间的关系319

8.3.7.4　支撑系统刚度的影响320

8.3.7.3　土护道支护挡墙的位移320

8.3.7.5　预加荷载的作用321

8.3.7.6　施工因素的影响322

8.3.8　关于挖方问题的结论323

8.3.7.7　挖方位移概要323

8.4.1　隧道工程技术324

8.4　软粘土中的隧道324

8.4.3.1　总应力和有效应力326

8.4.3　粘土隧道周围的应力——应力路径分析326

8.4.2　软粘土隧道分析中的问题和分析方法326

8.4.3.2　孔隙水压力的发展328

8.4.3.3　孔隙水压力的消散329

8.4.3.4　最终状态，排水条件330

8.4.4　隧道周围的固结和蠕变331

8.4.3.5　根据应力路径分析得到的一些结论331

8.4.5.1　理论上的考虑334

8.4.5　在粘土中开挖隧道引起的土位移和土损失（ground loss）334

8.4.5.2　现场和模型试验资料335

8.4.5.4　盾构法开挖隧道和工作面的位移336

8.4.5.3　土损失和超载系数336

8.4.6 由隧道工程引起的沉降——可以接受的土损失339

第九章　改善软粘土工程性质的方法341

8.4.8　关于隧道方面的结论341

8.4.7　隧道施工监测341

9.2.1　一般原理343

9.2　堆载预压法343

9.1　前言343

9.2.2　堆载预压引起的主固结344

9.2.3　堆载预压引起的次固结346

9.2.4　堆载预压增加的不排水强度347

9.2.5　堆载预压法实例348

9.2.6　真空预压法350

9.3.2　垂直排水井的效果352

9.3.1　一般原理352

9.3 垂直排水井法352

9.3.3.1　砂井353

9.3.3　垂直排水井的类型353

9.3.3.4　塑料排水井354

9.3.3.3　袋装砂井354

9.3.3.2　纸板排水井354

9.3.4.1　瞬时荷载作用下的基本解355

9.3.4　垂直排水井的设计355

9.3.4.3　土和排水井性质的影响357

9.3.4.2　逐步加荷的解357

9.3.5　土的强度的增加359

9.3.6　Cr的测定360

9.3.7　垂直排水井的实例362

9.4.2　强夯法的设计365

9.4.1　一般原理365

9.4　强夯法365

9.4.3　强夯法工程实例366

9.5.2　电渗排水引起的固结368

9.5.1　一般原理368

9.5　电渗法368

9.5.3　电注浆法369

9.5.4　电渗法的工程实例371

9.6.1　一般原理373

9.6　碎石桩373

9.6.2　碎石桩的设计374

9.6.3　碎石桩的工程实例375

9.7　石灰桩和石灰柱376

9.8　冻结法377

第十章　软粘土工程的野外测试技术378

9.9　结束语378

10.1　前言379

10.2.2　最经常量测的参数381

10.2.1　测试方案的目的381

10.2　软粘土中测试方案的设计381

10.2.3　测试系统的选择382

10.3.1 垂直位移的测量384

10.3　基本测试系统384

10.3.2　水平位移的测量385

10.3.3　结构构件内的荷载与应变的量测386

10.3.5　土压力的量测387

10.3.4　孔隙水压力量测387

10.4.1.1　对测试工作的要求388

10.4.1　支撑开挖388

10.4　在软粘土工程中采用测试技术的一些实例388

10.4.1.2　测试工作的作用389

10.4.2.2　测试工作的作用390

10.4.2.1　对测试工作的要求390

10.4.2　路堤390

10.4.3.1　对测试工作的要求391

10.4.3　隧道391

10.4.3.2　测试工作的作用392

10.4.4.2　测试工作的作用393

10.4.4.1　对测试工作的要求393

10.4.4 削坡393

10.4.5.1　对测试工作的要求394

10.4.5　地层锚杆394

10.4.5.2　测试工作的作用395

10.4.6.2　测试工作的作用396

10.4.6.1　对测试工作的要求396

10.4.6　打入桩396

10.4.7.1　对测试工作的要求397

10.4.7　灌筑桩397

10.4.7.2　测试工作的作用398

10.4.8.2 测试工作的作用399

10.4.8.1　对测试工作的要求399

10.4.8　槽壁法开挖399

10.5　关于软粘土中目前测试能力的综述401

11.1　前言405

第十一章　软粘土沉积的地震问题405

11.2.2 Hardin-Drnevich模型406

11.2.1　应力-应变模型406

11.2　粘性土的动力应力-应变关系406

11.2.3　新应力-应变模型407

11.2.3.1　骨干曲线的下降408

11.2.3.2　建立在有效应力基础上的剪切模量和抗剪强度409

11.2.3.4 Idriss等人（1976）提出的土的级配模型410

11.2.3.3 剪应力、剪应变和有效侧限压力之间的关系410

11.2.4.1　初始剪切模量411

11.2.4　初始剪切模量和阻尼比411

11.2.4.3　阻尼比413

11.2.4.2　初始剪切模量和不排水抗剪强度413

11.3.1 简单的回顾415

11.3　软粘土沉积的地震特性415

11.3.2.1 两种弹性介质之间的波传递而产生的振幅变化416

11.3.2　软粘土面的地震响应416

11.3.2.2　多次反射放大417

11.3.2.3　振幅随阻尼减小419

11.3.3.1　房屋结构421

11.3.3　软粘土上结构的破坏421

11.3.2.4　软粘土卓越周期的原位观察421

11.3.3.2　路堤和边坡422

11.3.3.3　结构基础和挡土结构423

11.3.4　数解法424