非飽和土的抗剪強度

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理論的研究與進展基質吸力與吸附強度

基質吸力對非飽和土抗剪強度影響

總結理論的研究進展

非飽和土分布十分廣泛，與工程實踐密切聯系的地表土幾乎全都是非飽和土，含水量或飽和度的變化常使非飽和土的工程特性發生巨大變化，導致非飽和土邊坡滑移失穩地表隆起或沉降，并給其上的建筑物和構筑物的安全帶來威脅，每年造成的很大經濟損失.理論的研究進展非飽和土的強度是土體粒間作用力的宏觀反映，是非飽和土理論研究最主要的內容之一，土的抗剪強度是土的一個重要力學性質，它的準確確定對土坡和地基穩定分析及土壓力計算至關重要。在非飽和土強度研究進程中，眾多學者對非飽和土的抗剪強度進行了大量的試驗和理論研究!提出了各自的抗剪強度公式!并逐漸考慮了更多因素的影響Bishop理論

式(2)中c′和φ'是飽和土的有效凝聚力和有效內摩擦角；U(w)為空隙水壓力；U(a)為空隙氣壓力；χ是與土的飽和度有關的參數,稱為非飽和土有效應力參數,χ=0~1.0，飽和土的χ=1.0，干土的χ=0。Khalili等(1998)利用14種土的實驗結果給出了14種土的有效應力參數χ和基質吸力的關系，通過對這14種土的實驗數據分析，繪出了參數χ和基質吸力比非飽和土有效應力參數χ與非飽和土的結構、應力歷史、飽和度及問題性質(是變形問題還是強度問題)等因素有關,不易精確測定；

可以看出Bishop等試圖用線性理論來描述，而實驗結果在基質吸力比較低的時候比較符合，基質吸力大時是非線性的.fEDLUND的理論及修正參數tanφb為基質吸力的內摩擦系數，對于同一種土樣為常數.這一理論公式提出時假設非飽和土抗剪強度與基質吸力成線性正比關系，對于基質吸力恒定的非飽和土樣，其摩爾圓與飽和土的摩爾圓一樣，當基質吸力變化時非飽和土的摩爾圓也隨著變化。非飽和土抗剪強度公式提出后，及其領導的非飽和土研究小組通過實驗對這一理論公式進行驗證，大量實驗結果表明非飽和土抗剪強度與基質吸力并不成線性正比關系，對同一土樣吸力內摩擦系數也不是常數而是隨基質吸力的變化而變化,當土樣的飽和度降低基質吸力增大時的tanφ(b)值逐漸減小fEDLUND的理論及修正非飽和膨脹土盧肇鈞等(1992，1997)通過實驗對非飽和膨脹土的膨脹力與吸力及含水量、非飽和膨脹土的膨脹力與抗剪強度的關系進行了研究，得到了用膨脹力表示的非飽和膨脹土抗剪強度非飽和黃土黃土遇水產生濕陷變形，是另一類典型的非飽和土，含水量的變化對抗剪強度有很大影響。黨進謙和李靖(1997)以陜西關中地區的馬蘭黃土為對象進行了大量的實驗測定和分析，研究了非飽和黃土的抗剪強度隨基質吸力變化的特征，給出的抗剪強度公式為從粒間吸力對非飽和土抗剪強度理論的解釋

湯連生(2001)通過對非飽和土粒間吸力的研究，將作用于非飽和土顆粒上的并對顆粒間相互作用有貢獻的吸力(簡稱粒間吸力)分為：本征結構吸力、可變結構吸力、有效基質吸力(孔隙氣壓力ua，孔隙水壓力uw)、濕吸力和牽引力五類吸力，如下圖示。

抗剪強度公式的特點

非飽和土抗剪強度由有效粘聚力，凈法向應力引起的抗剪強度以及基質吸力引起的吸附強度三個部分所組成

與飽和土的區別主要在于因基質吸力而產生的吸附強度，抗剪強度公式的差異主要表現在吸附強度公式的不同，進而導致抗剪強度公式的多樣化，同時也表明當前非飽和土抗剪強度研究的廣泛性和差異性.基質吸力與吸附強度基質吸力通常同水的表面張力引起的毛細現象有關!其大小等于孔隙氣壓力和孔隙水壓力之差!即基質吸力對于粘性土和砂土來說!基質吸力通常為吸力的主要組成部分!且易受外界環境的影響"基質吸力能反映以非飽和土的結構土顆粒成分及孔隙大小和分布形態等為特征的基質對土中水分的吸持作用!是控制非飽和土力學性狀的關鍵因素基質吸力與吸附強度吸附強度來源于基質吸力所產生的負孔隙水壓力，負孔隙水壓力在土骨架的內部產生有效應力，因而產生這種與外力無關的強度，由于吸附強度與外力無關，當用常規試驗方法進行試驗時，吸附強度與一般粘聚力的性質相似，所以又可稱之為表觀粘聚力.土-水特征曲線土壤水分特征曲線一般也叫做土壤特征曲線或土壤pF曲線，它表述了土壤水勢（土壤水吸力）和土壤水分含量之間的關系。通常土壤含水量Q以體積百分數表示，土壤吸力S以大氣壓表示。基質吸力對非飽和土抗剪強度影響

無黏性土的凝聚力來自土中水的毛細作用，毛

細作用主要發生在土-水特征曲線的過渡區，此時土

體中的水和空氣是連通的，均可以發生流動，屬于

雙敞開體系，氣-水界面的收縮膜上的表面張力的反

作用力作用在土粒上，對土粒產生壓應力，從而造

成土的凝聚力增加。當土中的水逐漸減少時(從主要

過渡區到次要過渡區)，氣-水界面的收縮膜也相應

減少，使得作用在土體內的總壓應力逐漸減少，凝

聚力也逐漸減少。在土-水特征曲線的進氣值之前的部分，由于土體接近飽和，土中少量的氣體被水所包圍，屬于氣封閉體系，這部分的氣-水界面的收縮膜的表面張力并不直接作用在土體上。因此，不會產生明顯的凝聚力，且由于土粒完全被水所包圍，起到潤滑的作用。土的內摩擦角幾乎不變，其后隨著基質吸力的增加，摩阻力增加，土的內摩擦角也增加。

在邊界效應區與過渡區的部分，黏性土凝聚力

隨基質吸力增加而增加，且增加的斜率近似于

tanφb值，斜率隨吸力增加而稍減。內摩擦角的變化趨勢與無黏性土相同。在進氣值之前，土的內摩擦角幾乎不變，其后隨著吸力的增加而增加。但在非飽和殘余區，凝聚力將隨土的狀態路徑的不同而改變。總結研究了非飽和土在脫濕(或干燥)過程、基質吸力增大的過程中非飽和土抗剪強度隨吸力的的變化規律。由于非飽和土在干、濕