内 容 提 要

本书将能量分析原理、模糊数学及突变理论应用于土工

问题的研究之中，提出了若干土工问题的新理论研究方法，

结合大量的工程实例，揭示了这些新理论的实用性，为土工

问题的研究开创了新途径。

目 录

出版说明

前 言

总 述

第一篇 土动力学中的能量分析原理与应用

第一章 概述

一 地基和土体的振动

二 土体的振动与能量

三 土动力学中能量分析途径的建立及发展

第二章 土的振动能量

一 土的振动耗损能量

二 土耗损能量的测估

第三章 土的振动耗损比能与振动孔隙水压力

一 土振动孔隙水压力发生和发展的机理

二 砂土振动孔隙水压力与耗损比能的关系

三 振动荷载的形式与砂土振动孔隙水压力的发展

第四章 排水条件下饱和砂土振动性态的能量关系

一 孔隙水压力的消散与土的有效耗损能量

二 有效耗损能的计算

三 土有效动应力应变与耗损能量的关系

四 砂土的阻尼比

第五章 判别砂土液化势的能量法

一 砂土地基地震累积耗损的比能

二 判别砂土地基液化势的能量模式

三 地震能量强度函数与临界抗液化强度函数

四 能量法判别地基地震液化势可靠性的探讨

五 判别砂土液化势的简便能量法

第六章 海底地基的振动孔隙水压力及动力稳定性的

能量分析法

一 概述

二 海洋建筑随机振动下地基的统一等效荷载

三 实例分析

四 海洋建筑物地基整体动力稳定性分析

第七章 粉土动态问题的能量分析法

一 粉土振动孔隙水压力发展规律的能量模式

二 判别场地粉土地震液化势的能量法

三 海堤地基粉土液化势的判别

第八章 常体积振动单剪仪与球激能振动仪

一 常体积振动单剪仪

二 球激能振动三轴仪

第二篇 模糊数学在土工中的应用

第九章 概述

一 确定性现象与非确定性现象

二 非确定性现象的随机性与模糊性

三 模糊数学在岩土工程中应用的概况

第十章 模糊集合与隶属函数

第十一章 模糊聚类分析及其应用

一 模糊关系及模糊聚类

二 模糊模式识别与软划分

三 砂土场地地震液化势的模糊聚类分析

第十二章 模糊综合评判及其应用

一 综合评判

二 模糊变换

三 模糊综合评判

四 模糊综合评判细粒土类

五 堤坝下软土夹层地基塑流失稳的模糊综合评判方法

六 场地粉土地震液化势的模糊综合评判

第十三章 模糊概率分析

一 随机现象及其概率

二 模糊随机现象的概率

三 海堤稳定性的模糊概率分析

四 地基液化势的模糊概率分析

附录A 用梯形公式近似计算PS2的程序FO RTRAN

第三篇 土工问题突变理论分析的探索

第十四章 概述

一 突变现象

二 Zeeman突变机构

三 突变理论的数学基础

第十五章 初等突变

一 初等突变的种类

二 折叠型突变 尖点型突变以及燕尾型突变的几何形状

三 突变模型的基本特征

第十六章 土本构关系的尖点突变模式

一 土本构特性的一般认识

二 以尖点突变模型表达土的本构关系

三 有关参数的确定

四 土突变模型本构关系的初始模量

第十七章 尖点突变模型判别场地砂土的地震孔隙水

压力

一 振动孔隙水压力发展的尖点突变模式

二 模式验证及孔压比算例

参考文献

第一篇 土动力学中的能量

分析原理与应用

第一章 概 述

随着抗震工程的发展、海洋工程及核动力工程的兴建，对于

土动力学来说，不论在土的动力特性研究和地基、土体的动态反

应分析都有了较大的进展。土动力学中的能量分析原理和方法是

近20年来逐渐形成的一个新的分支。

一、地基和土体的振动

地震是地面产生振动的一种物理现象。而通常所称的地震是

以对工程建筑和人的生命财产造成危害的较强烈的地面振动，亦

称地震动。这类地震主要是由于地质构造运动引起的构造地震。

根据地震观测表明世界上所发生的地震中，浅源地震约占75％，

其震源深度多集中于5～25km的范围内。中国己发生的地震绝大

部分属浅源地震。对于浅源地震而言，震害区多半要遭受瑞利波

和乐夫波等面波的作用，对地面形成既具有水平剪切振动，还具

有竖直振动、摇摆振动以及扭转振动等综合的复杂振动。至于海

上建筑物除考虑地震外，由于经常遭受风浪作用或漂浮体的撞击

而形成建物的振动。因此，海底地基上的荷载，除自重外，主要

为建筑物传至地基上的振动荷载。对于水深小于风浪波长一半的

海底，通常还直接承受风浪作用的振动荷载（如图1.1所示），对

海底地基构成了复杂的振动。目前分析地基、土体的振动液化势、

振动稳定性和变形，一般都近似考虑水平剪切振动。虽然水平剪

切振动是主要的振动，对结构物的影响也比较大，但毕竟考虑不

甚全面，未能较好地反映客观实际，有时也可能构成较大的差距。

但以习用的应力分析法研究复杂的振动，由于应力为面力和矢量，

故模拟复杂的振动状态将有一定的困难。

二、土体的振动与能量

地震、风浪或机器引起地基、土体的振动，都可以认为是由

振源振动的能量所激起。例如对地震来说，构造地震的成因虽还

无统一的看法，但地震由震源释放出巨大的能量则是肯定的。弹

性回跳学说认为地壳运动使岩层中的应力不断积累，当积聚的应

力超过岩石的强度时，岩石便在比较薄弱的地方突然断裂发生错

动，然后再回跳至平衡位置。伴随这一过程即将原先储存在岩石

中巨大的应变能，于震源处释放出来并以振动波的形式向四周传

播形成地震。弹性回跳学说比较好地解释了浅源地震的成因。而

60年代提出的板块构造学说认为，地壳和上部地幔是由许多坚固

的板块组成。这些板块经受着下部地幔热对流的作用，在不断地

缓慢地运动。在这种运动过程中，板块之间的某些接触面可能产

生张拉、挤压或错动，同样释放出振动能量向四周传波。不论哪

种学说对震源释放出巨大的能量，看法是一致的，因而世界各国

即以地震时震源释放出的能量大小来衡量地震的强度，称为震级。

至于其他如海底地基的振动、动力机器地基的振动等，都分别与

风浪波动和机器振动等外界作用的振动能量密切相关。