黄土广泛分布于我国干旱与半干旱地区，是一种具有特殊物质结构组成的土。天然黄土土质疏松，孔隙结构较大，与相同物理性质的重塑黄土和饱和黄土比较，具有更大的承载力，可侵蚀形成土桥、土柱和陡坡，表现出显著的结构性和突出的湿陷性，是最具代表性的非饱和结构性土。传统土力学和现代非饱和土土力学缺乏对黄土结构性的定量化描述，对结构性黄土力学特性也未进行深入研究，不能合理地利用结构性黄土的承载力特性。
▲ 柱状结构黄土的土压力模型示意图
针对黄土的湿陷性问题，从提高黄土的干密度和消除湿陷性的角度出发，改善其工程性质，并开展相关工程建设应用。然而，在黄土地区2 万多公里的高速公路、高速铁路及城市地铁等大量工程建设中发现，难以实现全面消除黄土湿陷性的加固处理，并且造成了工程建设的巨大浪费或工程隐患。针对黄土结构在水−力耦合作用下被破坏，频繁地诱发其演变的渐进破坏失稳、湿陷变形破坏问题，以及边坡滑移、土拱与土柱崩塌、场地湿陷和侵蚀破坏等地质灾害，从黄土结构破损演变的力学特性出发，克服传统土力学仅考虑粒度、密度和湿度研究土的力学特性，而未考虑黄土结构性的不足。基于此，西安理工大学教授邵生俊团队（《结构性黄土力学》，邵生俊著. 北京：科学出版社，2022.10）对黄土结构性的定量化描述及其与力学特性之间的本质联系开展了研究，揭示了非饱和黄土的结构性与力学特性的变化规律，建立了全面反映非饱和黄土的粒度、密度、湿度和表征结构性的构度，认识黄土力学特性的体系。
土的结构是土粒骨架的排列特征和联结特征。《结构性黄土力学》原创性地提出了表征黄土结构性的构度——综合结构势，该指标可以综合表征土粒骨架联结特征，维持结构的可稳性与土结构重塑后排列特征变化的可变性力学效应。构度与液性指数、塑性指数、密度和孔隙比构成的综合物理特征量之间具有本质联系，是一个更加全面反映黄土物理性质与结构状态的指标。它能定量反映非饱和黄土结构性的水敏性、屈服演变性和水−力耦合效应，为认识黄土的力学变化机制提供了基础。
▲ 湿载作用下结构性黄土边坡的构度分布云图
本书依据非饱和黄土构度与综合物理特征量和压缩屈服应力之间的关系，结合土−水特征曲线方程，建立了黄土的构度−基质吸力方程及结构性演变压缩变形方程，以及基质吸力加载屈服面和加载湿陷椭圆屈服面本构方程。非饱和黄土在扰动、浸水作用下演变为饱和重塑正常固结黄土时，结构性丧失，基质吸力为0，构度衰减为1.0，非饱和黄土本构方程可退化为正常固结土本构方程。依据非饱和结构性黄土三相平衡方程、连续方程、水−气运移规律、本构方程与几何方程，建立了黄土结构性演变的流固耦合固结理论及数值分析方法。创立了以构度为变量的非饱和结构性黄土力学理论，主要包括本构模型、强度准则和流固耦合固结理论及数值分析方法。
▲ 浸水湿陷变形过程损伤值云图
自主研发应用了非饱和土新型加载机构真三轴试验仪，开展了大量非饱和黄土真三轴试验研究，揭示了三维应力−应变变化规律和强度变化规律。提出了黄土隧道浸水试验方法和黄土地基深层导水试验方法，进行了黄土隧道试坑浸水试验及深层湿陷性黄土砂井浸水试验研究，揭示了砂井浸水范围及深层黄土湿陷变形特性，以及湿陷变形围岩与地下结构的相互作用机制，分析了隧道地基湿陷压缩应力的分布变化规律。
▲ 连阴雨条件下降雨入渗结束时处理过的地基
的渗流场（a）和连阴雨入渗30d 的渗流场（b）
在非饱和结构性黄土力学理论基础上，以黄土水分运移控制、结构性保持为指导，提出了浅层阻水、砂井导水、引排水与围护支挡等相结合的一系列黄土地基、边坡和隧道围岩处治技术，建立了基于非饱和结构性黄土力学理论的土体水分运移控制、结构性保持的工程技术体系。
▲ 截水墙的综合治理技术方案构造图
针对深厚湿陷性黄土地基工程的特点，采取以防水和地基处理为主的综合措施，以便达到防止地基湿陷的目的，提出新的地基整治方案（IDITI 方法）。其主导思想是：浅层阻水（impedance），浅层排水（drainage），浅层防水（interdiction），封闭截水（truncation），深层导水（infiltration）（于清高等，2008；邵生俊等，2007）。
本书作者创立的非饱和结构性黄土力学理论能科学预测非饱和黄土固结变形、湿陷变形和渐进破坏，填补了土力学研究的空白；提出的控制土体水分运移和维持黄土结构性技术较传统土力学和非饱和土土力学有更大的优势。
本文摘编自《结构性黄土力学》（邵生俊著. 北京：科学出版社，2022.10）一书“前言”，有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-071028-4
责任编辑：祝 洁 罗 瑶 汤宇晨
本书系统研究了定量化描述黄土结构性的构度及其与力学性质之间的关系，分析了结构性黄土的水敏性、屈服演变性和水−力耦合效应，揭示了力、水作用下黄土结构损伤屈服变化规律，在其基础上建立了非饱和结构性黄土的应力−应变理论和本构方程。书中重点介绍了黄土的湿陷性与湿陷变形评价方法，非饱和黄土结构性演变的本构模型，黄土的三维强度理论及土压力理论，非饱和黄土的流固耦合固结理论和蠕变特性，以及控制土体水分运移、维持黄土结构性、保障土体稳定性的黄土工程新技术。
本书可作为岩土工程、水利工程、工程勘察等专业领域的工程设计、科学研究、施工技术人员的参考书，也可作为相关专业高等院校师生的参考用书。
（本文编辑：刘四旦）
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