前言

特殊土是由不同的地理环境、气候条件、地质成因、物质成分及次生变化等原因而形成的土类，其具有与一般土类显著不同的特殊成分、结构和工程性质。我国幅员辽阔，地质条件复杂，工程中遇到的特殊土种类繁多，包括黄土、膨胀土、盐渍土、分散性土、红黏土和软土等。

黄土、膨胀土和盐渍土是三种典型的特殊土，其共同点是对水具有特殊的敏感性，是水敏性土；不同点是湿陷性黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀，盐渍土遇水盐胀或者塌陷。这些特点正是该类土地区引发地质灾害的主要原因。本书从非饱和土的特性出发，以实际工程为背景，通过理论研究、工程性质试验、离心模型试验和数值分析等多种方法，对黄土、膨胀土和盐渍土这三种典型特殊土的强度和变形特性进行了较为系统的研究。主要内容如下所述：

（1）非饱和土有效应力的新表述。推导了非饱和土单变量有效应力新公式，提出了参数确定方法，克服了Bishop公式不能应用于黄土的湿陷性和膨胀土的湿胀性分析的局限性。

（2）非饱和土弹塑性本构关系探讨。在非饱和土弹塑性模型BBM框架下探讨了非饱和土水分-力学性质的耦合行为和应力变量的关系，提出了LC屈服轨迹在两种应力变量平面上的转换关系，验证了BBM中采用塑性体变作为强化参数的合理性，为合理模拟非饱和土弹塑性行为提供了理论基础。

（3）黄土的强度特性研究。较系统地开展了黄土的强度规律试验研究，提出了黄土的抗拉强度与基质吸力的关系表达式、断裂准则和强度屈服准则，描述了黄土的沉积历史与强度变化规律。

（4）黄土的弹塑性模型试验研究与应用。通过对黄土的不同应力状态和不同应力路径的一系列试验研究，在考虑结构强度的基础上，将黄土的结构特性与弹塑性变形规律联系起来，建立了一个带有软化型曲线的弹塑性模型，并将该模型由常规三轴应力条件推广到三维应力空间；编制了平面应变问题弹塑性有限元程序，对陕西宝鸡峡灌区塬边渠道工程86km处黄土高边坡削坡设计方案进行了论证。

（5）非饱和湿陷性黄土的增湿变形研究。通过用改装的应力-应变控制式三轴仪，对等应力比条件下的非饱和原状黄土进行了“分级浸水”试验，提出了黄土增湿过程中的有效应力-应变关系。采用非线性三维有限元、无界元耦合的方法，对黄土地基从天然状态到非饱和增湿、再到完全饱和的全过程进行了仿真模拟，为非饱和土的数值分析提出了一条很好的途径。

（6）新疆坎儿井破坏机理及加固技术研究。通过对冻融和非冻融饱和与非饱和黄土的三轴压缩试验、三轴等向压缩试验、三轴弹性模量试验，分析了坎儿井在冻融和非冻融条件下的强度变形特征，揭示了坎儿井破坏机理，提出了坎儿井加固新技术。

（7）南水北调中线工程穿黄南岸连接段明渠高边坡稳定性分析。通过现场取样、大量的物理力学试验、不同工况和坡型的数值分析，以及工程类比，提出了工程设计所需的计算参数，推荐了符合稳定要求的坡型设计建议，并被设计部门采纳。

（8）非饱和膨胀土增湿变形试验研究与应用。通过膨胀土的增湿变形试验和增湿剪切试验，得到了膨胀土在水和力共同作用下的变形规律。分析了膨胀土在不同应力条件、不同浸水条件和不同浸水加压路径等情况下的变形计算模式，为非饱和特殊土增湿变形理论在工程中的应用积累了经验。

（9）膨胀土地基及渠道离心模型试验。开展了非饱和膨胀土的增湿变形离心模型试验研究，在试验中测量了膨胀土的增湿变形、非饱和土的吸力、模型内的侧压力和竖向压力，计算出相应的侧压力系数，揭示了压力对膨胀土湿胀变形的抑制作用，为膨胀土工程的处理提供了一种思路。

（10）盐渍土的工程特性研究与应用。以新疆的硫酸（亚硫酸）盐渍土为研究对象，通过现场调查、室内试验、微观分析等，对硫酸（亚硫酸）盐渍土开展盐-冻胀变形及盐-冻胀力的试验研究；结合原位观测，建立了硫酸（亚硫酸）盐渍土盐-冻胀预报模型；分析了硫酸（亚硫酸）盐渍土的盐-冻胀量、盐-冻胀力对工程建筑的影响，并将研究成果应用于引额济乌工程建设中。

参加本书编写的人员还有王俊臣、李京爽、宋建正、李振。全书由邢义川和赵卫全统稿。

本书的部分研究工作得到了国家自然科学基金项目（51379220）资助，在此深表感谢。

由于作者水平和时间的限制，本书肯定存在不足和欠妥之处，恳请广大读者批评指正。

作者

2017年11月于北京