Embankment Design and Construction in Cold Regions

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作者:Johnson, E. G. (EDT)
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页数:0
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价格:23
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isbn号码:9780872626508
丛书系列:
图书标签:
  • 土工工程
  • 寒区工程
  • 堤坝设计
  • 堤坝施工
  • 冻土工程
  • 水利工程
  • 海岸工程
  • 工程地质
  • 结构工程
  • 冷地区
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具体描述

好的,这是一本关于冰雪环境与土木工程实践的专业书籍的详细简介,重点关注严寒地区的基础设施建设挑战与前沿技术,完全不涉及“堤坝设计与施工在寒冷地区”这一特定主题: --- 严寒地区基础设施工程:挑战、材料科学与可持续性实践 本书旨在深入探讨在极低温度、永久冻土和季节性冰冻条件下,土木工程结构设计、施工管理与长期维护所面临的独特科学难题与工程对策。 面对全球气候变化导致的极端天气频发,以及对北方和高海拔地区基础设施可靠性日益增长的需求,本书提供了一套系统化、跨学科的知识框架,服务于结构工程师、岩土工程师、交通规划师及相关领域的研究人员。 本书的编撰立足于对严寒环境地质动力学、热力学耦合效应的深刻理解,强调从基础研究到现场应用的无缝衔接。全书内容结构严谨,逻辑清晰,力求呈现出当前国际工程界在应对“冰雪挑战”方面的最新成果与最佳实践。 --- 第一部分:严寒地区地质与环境基础 本部分聚焦于理解和量化影响工程决策的环境因素。 第一章:极地与寒区地质动力学 详细分析了永久冻土(Permafrost)的形成、分类(连续、非连续、离散)及其热力学状态变化。重点讨论了冰楔、冰层、融化前缘(Thaw Front)的迁移机制,以及冻融循环(Freeze-Thaw Cycles)对土体有效应力、剪切强度和渗透性的周期性影响。内容包括野外勘测技术在识别潜在热不稳定性地段的应用,以及地球物理方法(如探地雷达、瞬态热流测量)在冻土特性原位评估中的效能。 第二章:寒区水文与冰雪物理学 本章深入研究了冰雪的物理特性,包括雪的密度、导热系数随含水量的变化规律。讨论了积雪荷载的计算模型,特别是对于屋顶结构和桥梁的影响。同时,详细阐述了冰盖(Ice Cover)的形成、消融过程及其对水工结构(如桥墩、取水口)侧向和垂直压力的作用机制。重点分析了冰水界面处的摩擦特性和对地下水流动的抑制效应。 第三章:温度场与热量传输建模 核心内容是建立严寒环境下地下结构的热力耦合模型。介绍了有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)在模拟土壤热扩散、地基冻融过程中的应用。讨论了如何利用长期气象数据和地温观测数据来校准和验证预测模型,特别是针对深基坑开挖或深层地基处理区域的热扰动分析。 --- 第二部分:材料科学与结构性能 严寒环境对传统工程材料提出了严峻考验。本部分侧重于材料的低温行为分析与高性能化设计。 第四章:低温下土体与岩体的力学响应 探讨了在零度以下,不同土质(如高含冰量粉土、冰碛物)的应力-应变关系和蠕变特性。引入了“冷桥效应”在岩体结构中的表现,以及如何通过试验手段(如低温三轴试验)获取可靠的设计参数。重点分析了冻胀压力(Frost Heave Pressure)的计算方法,并提出了基于能量平衡原理的冻胀控制措施。 第五章:寒区混凝土与高性能拌合物 详细介绍了抗冻融性能优异的混凝土设计与配合比优化。内容涵盖了外加剂(引气剂、高效减水剂)的选择与用量控制,特别关注了低温下水化热的有效利用与养护技术(如电热养护、保温膜技术)。讨论了超高性能混凝土(UHPC)在应对冰雪冲刷和化学侵蚀方面的潜力,以及其在低温下的早期强度发展规律。 第六章:金属结构与防腐蚀策略 分析了低温脆性断裂(Brittle Fracture)在钢结构设计中的风险评估。讨论了如何根据设计最低环境温度选择合适的钢材牌号,并进行冲击韧性试验。此外,由于融雪剂(氯盐)的大量使用,本章详述了针对钢筋混凝土和钢结构构件的电化学腐蚀机理、阴极保护技术以及高性能保护涂层在严寒气候下的耐久性表现。 --- 第三部分:基础设施设计与施工技术 本部分将理论知识转化为可操作的工程实践指南,涵盖了从路基到特殊构筑物的关键技术。 第七章:寒区路基与路面工程 系统阐述了如何设计不受季节性冻融影响的路基。内容包括路基分层结构的热力学设计、隔热层(如泡沫板)的铺设与热力性能验证。详细介绍了路面结构的选择,如沥青混凝土路面在低温下的抗裂性设计,以及水泥稳定碎石基层在冻胀控制中的应用。特别关注了融雪和排水系统设计对路基稳定性的保障作用。 第八章:高寒地区桥梁基础工程 本章是针对永久冻土区桥梁设计的核心章节。深入讨论了桩基础的设计原则,包括利用桩侧的天然冻结力(Skin Friction)和桩端阻力。详细对比了直接式、间接式(如通风地基)和热力调节式(如热棒、热虹吸管)地基处理技术。重点分析了热力调节装置的性能监测、优化设计及长期可靠性评估。 第九章:输油/气管道的敷设与热稳定性控制 针对穿越冻土带的能源管道,本章探讨了管道的应力分析,特别是热膨胀与地基沉降差异导致的应力集中问题。详细介绍了管道敷设的“浅埋、半埋、地上架设”三种方案的选择依据,并对地上管廊系统的抗风载、抗冰雪负荷的设计进行了专门论述。此外,讨论了管道防冻胀与伴热系统的集成设计。 第十章:施工管理与质量控制 本章关注如何在零度以下保证施工质量和安全。内容包括低温混凝土的浇筑、保温与监测标准;冻土开挖、爆破的技术要求;以及在冻结条件下土方填筑的压实度控制标准。强调了施工过程中的热力状态实时监测在确保工程结构最终性能中的关键作用。 --- 第四部分:监测、维护与未来展望 第十一章:寒区基础设施的长期健康监测 介绍了先进的结构健康监测(SHM)系统在寒区工程中的应用,包括分布式光纤测温系统(DTS)对冻土温度场的连续监测,以及应变计、GPS位移监测对结构变形的实时捕获。讨论了数据分析技术在预测冻融风险、制定预防性维护计划中的作用。 第十二章:气候变化背景下的适应性工程 展望了未来严寒地区基础设施面临的挑战。探讨了基于气候情景预测的工程适应性设计策略,如提高结构的冗余度和弹性。讨论了新型保温材料、可再生能源驱动的热力控制系统以及数字化孪生技术在优化寒区资产管理方面的潜力。 --- 本书的特色在于其高度的工程实践导向,结合了最新的岩土热力学研究成果。它不仅是工程设计人员的实用手册,也是推动严寒地区可持续基础设施建设领域向前发展的关键参考资料。 全书配有大量工程实例、计算图表和详细的施工流程图,确保读者能够将复杂的理论知识有效地转化为可靠的工程决策。

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用户评价

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这本书的配图质量,是我近年来读过的工程类书籍中最高的之一。很多复杂的力学模型和施工流程,仅仅通过文字是难以想象其空间关系的。作者和出版方显然在这方面投入了大量的资源。例如,在描述打桩过程时,他们不仅提供了标准的横截面图,还配上了几种不同打桩机在极寒天气下作业的现场照片,那些蒸汽弥漫、机械臂被冰霜覆盖的画面,极具现场感。特别是关于“冰冻土层锚固”那几张三维剖视图,将复杂的锚固深度、倾角与冻土层界限的相互关系展示得淋漓尽致,即使是初学者,也能清晰地理解其中的受力平衡点。这种图文并茂的叙述方式,极大地降低了理解复杂工程难题的认知负荷,使得我们这些非常驻高寒地区的工程师,也能迅速抓住核心技术要点,仿佛置身于西伯利亚的工地上,亲身经历了技术人员与严寒的搏斗。

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阅读这本书的过程,与其说是学习,不如说是一场对“工程伦理”的深度反思。在那些永冻土(Permafrost)区域进行基础设计,无异于在时间赛跑,稍有不慎,几十年后的环境反馈就会让前期的所有努力付诸东流。书中关于“最小化热扰动设计原则”的论述,简直是一篇关于可持续性的宣言。作者反复强调,在冷区工程中,最好的设计往往是那个“不做”或“少做”热力学干预的设计。他提供的案例中,那些依赖自然冷却和被动防护的结构设计方案,虽然初始投入可能略高,但其长期的维护成本和环境友好性远超那些试图用强力手段对抗自然的方案。这让我开始重新审视我过去在温带地区处理问题的思维定式。这本书的价值不再仅仅是技术手册,它已经上升到了哲学层面:我们作为建设者,面对地球上最脆弱、最敏感的生态系统时,应该抱持何种姿态?这本书提供了极为成熟和负责任的回答。

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这本书的封面设计,坦白说,给我一种非常厚重、严谨的学术著作的感觉,那种散发着油墨香气的纸张和扎实的装订,让人一上手就知道这不是一本轻松的读物。我本来是抱着一种“姑且一看”的心态,毕竟“堤坝设计与施工”这种主题,听起来就充满了枯燥的规范和晦涩的工程术语。然而,当我翻开第一章,关于极寒地区地基处理的引言部分时,我立刻被作者那种近乎于“执着”的叙事风格所吸引。他没有一上来就堆砌公式,而是通过几个真实发生在高寒地带的工程案例引入,讲述了冻土层在季节性融化和冻结过程中对结构稳定性的那种潜移默化的破坏力。我记得其中一个案例描述了某条重要公路路基在连续两年冬季后的沉降情况,数据分析非常详尽,但行文却像侦探小说一样层层剥开现象背后的物理机制。尤其是他对冰楔(Ice Lenses)形成过程的图解和描述,立体且生动,完全打破了我过去对“冻胀”这一概念的刻板印象。这本书的魅力就在于,它能将最冰冷的工程技术,用一种近乎于人文关怀的视角去解读,让你感受到工程师在面对自然极端条件时的那种敬畏与智慧的交锋。它不仅仅是教你“怎么做”,更是在探讨“为什么必须这样做”。

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从阅读体验上来说,这本书的“可操作性”远超出了我预期的理论深度。很多章节的末尾,都附带了作者团队在实际项目中总结出的“经验法则”(Rules of Thumb)清单。这些清单不是那些标准规范里死板的数字,而是基于无数次失败与成功的教训提炼出的、更具弹性判断依据。比如,关于冬季混凝土浇筑后“保温持续时间”的判断,书中提供了一个基于日平均气温和风速的速查表,这个表格的实用性简直是立竿见影。它不像是一本标准的教科书,更像是一本被一线高级工程师在风雪夜里反复批注和完善的“生存指南”。我甚至发现,书中的某些附录部分,讨论了卫星遥感和无人机热成像技术在监测路堤沉降和冻融变化中的应用潜力,这表明作者紧跟时代前沿,将最新的信息技术也整合进了传统的土木工程领域。这本书,绝对是我工具箱里必不可少的一件利器。

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这本书的章节划分逻辑性极强,但最让我感到惊喜的是它对材料科学在极端环境下的应用拓展。我原以为大部分篇幅会集中在传统的土力学和结构力学计算上,但“冷区”这个限定词,使得作者不得不深入探讨高性能混凝土、新型沥青混合料以及特种加筋材料在零度以下环境中的实际表现。我特别留意了关于“低温下混凝土早期强度发展”那一章,里面详尽对比了不同早强剂和养护体系的成本效益分析,这种直接面向实际经济核算的讨论,对于项目经理来说价值千金。更值得称道的是,作者似乎没有放过任何一个细节,他对那些“反直觉”的现象——比如某些聚合物材料在低于零下三十度时反而表现出优异的韧性,但稍一回暖就急剧脆化的现象——都进行了深入的化学和微观结构层面的剖析。这种从宏观工程到微观材料属性的无缝切换,让这本书的知识密度高得惊人,我感觉自己像是在一个材料实验室里听一位经验丰富的老教授授课,每翻过一页,大脑中就自动构建起一个更精密的工程模型。

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