非饱和膨胀土的水分迁移特性研究

非饱和膨胀土吸水膨胀、失水收缩且往返可复的特性常对工程造成危害，因此其水分迁移特性越来越得到重视。本书通过对非饱和膨胀土水分迁移模型研究、试验用土土水特征及微观结构研究、考虑温度效应的非饱和膨胀土水分迁移试验研究、非饱和膨胀土水分迁移的分子动力学研究，以及非饱和膨胀土的水分迁移的数值分析研究，探讨了土体细微观信息提取的新路径，以寻求宏观水分迁移与细微结构表征参数间的统一性，为科学合理预测地基工程是否安全提供了理论依据。本书适合士木建筑相关专业学生、研究人员学习参考。

第1章 绪论 1
1.1 研究背景 2
1.2 土体中水分迁移研究现状 3
1.2.1 理论研究 4
1.2.2 试验研究 5
1.2.3 数值分析研究 7
1.2.4 微观研究 7
1.2.5 存在的主要问题 9
1.3 本书主要内容与研究路线 10
第2章 非饱和膨胀土水分迁移模型研究 13
2.1 相关理论 14
2.1.1 质量守恒原理 14
2.1.2 非饱和土中的Darcy定律 15
2.1.3 气相的Fick定律 16
2.1.4 气相的Dalton规律 16
2.1.5 水蒸气的饱和压力 17
2.2 基于时间分数阶非饱和土气、液迁移方程的构建 17
2.2.1 理论模型 17
2.2.2 参数的计算方法 20
2.3 极坐标下的分数阶气、液迁移方程的数值解法 23
2.4 本章小结 29
第3章 试验用土土水特征及微观结构研究 30
3.1 试验土样的基本物理特性 31
3.2 土水特征曲线 33
3.3 土水特征曲线预测模型 38
3.4 非饱和膨胀土水分迁移的微观结构试验 39
3.4.1 试样制备 40
3.4.2 微观定性分析 41
3.4.3 微观定量研究 46
3.4.4 孔隙结构的三维模拟 52
3.5 本章小结 54
第4章 考虑温度效应的非饱和膨胀土水分迁移试验研究 55
4.1 试验方案 56
4.2 试验方法 58
4.2.1 试验装置 58
4.2.2 土样制备 59
4.2.3 气、液混合水迁移试验步骤 62
4.2.4 气态水迁移试验步骤 64
4.3 试验结果与分析 64
4.3.1 气、液混合水 67
4.3.2 气态水 75
4.3.3 对比分析 78
4.4 本章小结 83
第5章 非饱和膨胀土水分迁移的分子动力学研究 85
5.1 分子动力学模型构建 87
5.2 水化动力学特征参数 88
5.2.1 层间距 90
5.2.2 水分子扩散系数 91
5.2.3 径向分布函数 92
5.2.4 浓度分布 97
5.3 水分迁移的微观内在关系分析 99
5.4 本章小结 101
第6章 非饱和膨胀土水分迁移的数值分析研究 103
6.1 基于时间分数阶偏微分方程的差分方法 104
6.2 基于Conformable分数阶理论计算分析 105
6.3 数值计算结果与试验结果对比分析 115
6.4 数值计算结果与整数阶模拟结果对比 121
6.5 基于Conformable分数阶理论的时间分数阶气、液迁移方程的
应用验证 125
6.6 本章小结 128
第7章 总结与展望 129
7.1 结论 130
7.2 创新点 133
7.3 后续研究内容及展望 133
参考文献 135