非饱和土的抗剪强度土力学课syk

非饱和土的抗剪强度

孙月凯目录

理论的研究与进展基质吸力与吸附强度

基质吸力对非饱和土抗剪强度影响

总结理论的研究进展

非饱和土分布十分广泛，与工程实践密切联系的地表土几乎全都是非饱和土，含水量或饱和度的变化常使非饱和土的工程特性发生巨大变化，导致非饱和土边坡滑移失稳地表隆起或沉降，并给其上的建筑物和构筑物的安全带来威胁，每年造成的很大经济损失.理论的研究进展非饱和土的强度是土体粒间作用力的宏观反映，是非饱和土理论研究最主要的内容之一，土的抗剪强度是土的一个重要力学性质，它的准确确定对土坡和地基稳定分析及土压力计算至关重要。在非饱和土强度研究进程中，众多学者对非饱和土的抗剪强度进行了大量的试验和理论研究!提出了各自的抗剪强度公式!并逐渐考虑了更多因素的影响Bishop理论

式(2)中c′和φ'是饱和土的有效凝聚力和有效内摩擦角；U(w)为空隙水压力；U(a)为空隙气压力；χ是与土的饱和度有关的参数,称为非饱和土有效应力参数,χ=0~1.0，饱和土的χ=1.0，干土的χ=0。Khalili等(1998)利用14种土的实验结果给出了14种土的有效应力参数χ和基质吸力的关系，通过对这14种土的实验数据分析，绘出了参数χ和基质吸力比非饱和土有效应力参数χ与非饱和土的结构、应力历史、饱和度及问题性质(是变形问题还是强度问题)等因素有关,不易精确测定；

可以看出Bishop等试图用线性理论来描述，而实验结果在基质吸力比较低的时候比较符合，基质吸力大时是非线性的.fEDLUND的理论及修正参数tanφb为基质吸力的内摩擦系数，对于同一种土样为常数.这一理论公式提出时假设非饱和土抗剪强度与基质吸力成线性正比关系，对于基质吸力恒定的非饱和土样，其摩尔圆与饱和土的摩尔圆一样，当基质吸力变化时非饱和土的摩尔圆也随着变化。非饱和土抗剪强度公式提出后，及其领导的非饱和土研究小组通过实验对这一理论公式进行验证，大量实验结果表明非饱和土抗剪强度与基质吸力并不成线性正比关系，对同一土样吸力内摩擦系数也不是常数而是随基质吸力的变化而变化,当土样的饱和度降低基质吸力增大时的tanφ(b)值逐渐减小fEDLUND的理论及修正非饱和膨胀土卢肇钧等(1992，1997)通过实验对非饱和膨胀土的膨胀力与吸力及含水量、非饱和膨胀土的膨胀力与抗剪强度的关系进行了研究，得到了用膨胀力表示的非饱和膨胀土抗剪强度非饱和黄土黄土遇水产生湿陷变形，是另一类典型的非饱和土，含水量的变化对抗剪强度有很大影响。党进谦和李靖(1997)以陕西关中地区的马兰黄土为对象进行了大量的实验测定和分析，研究了非饱和黄土的抗剪强度随基质吸力变化的特征，给出的抗剪强度公式为从粒间吸力对非饱和土抗剪强度理论的解释

汤连生(2001)通过对非饱和土粒间吸力的研究，将作用于非饱和土颗粒上的并对颗粒间相互作用有贡献的吸力(简称粒间吸力)分为：本征结构吸力、可变结构吸力、有效基质吸力(孔隙气压力ua，孔隙水压力uw)、湿吸力和牵引力五类吸力，如下图示。

抗剪强度公式的特点

非饱和土抗剪强度由有效粘聚力，净法向应力引起的抗剪强度以及基质吸力引起的吸附强度三个部分所组成

与饱和土的区别主要在于因基质吸力而产生的吸附强度，抗剪强度公式的差异主要表现在吸附强度公式的不同，进而导致抗剪强度公式的多样化，同时也表明当前非饱和土抗剪强度研究的广泛性和差异性.基质吸力与吸附强度基质吸力通常同水的表面张力引起的毛细现象有关!其大小等于孔隙气压力和孔隙水压力之差!即基质吸力对于粘性土和砂土来说!基质吸力通常为吸力的主要组成部分!且易受外界环境的影响"基质吸力能反映以非饱和土的结构土颗粒成分及孔隙大小和分布形态等为特征的基质对土中水分的吸持作用!是控制非饱和土力学性状的关键因素基质吸力与吸附强度吸附强度来源于基质吸力所产生的负孔隙水压力，负孔隙水压力在土骨架的内部产生有效应力，因而产生这种与外力无关的强度，由于吸附强度与外力无关，当用常规试验方法进行试验时，吸附强度与一般粘聚力的性质相似，所以又可称之为表观粘聚力.土-水特征曲线土壤水分特征曲线一般也叫做土壤特征曲线或土壤pF曲线，它表述了土壤水势（土壤水吸力）和土壤水分含量之间的关系。通常土壤含水量Q以体积百分数表示，土壤吸力S以大气压表示。基质吸力对非饱和土抗剪强度影响

无黏性土的凝聚力来自土中水的毛细作用，毛

细作用主要发生在土-水特征曲线的过渡区，此时土

体中的水和空气是连通的，均可以发生流动，属于

双敞开体系，气-水界面的收缩膜上的表面张力的反

作用力作用在土粒上，对土粒产生压应力，从而造

成土的凝聚力增加。当土中的水逐渐减少时(从主要

过渡区到次要过渡区)，气-水界面的收缩膜也相应

减少，使得作用在土体内的总压应力逐渐减少，凝

聚力也逐渐减少。在土-水特征曲线的进气值之前的部分，由于土体接近饱和，土中少量的气体被水所包围，属于气封闭体系，这部分的气-水界面的收缩膜的表面张力并不直接作用在土体上。因此，不会产生明显的凝聚力，且由于土粒完全被水所包围，起到润滑的作用。土的内摩擦角几乎不变，其后随着基质吸力的增加，摩阻力增加，土的内摩擦角也增加。

在边界效应区与过渡区的部分，黏性土凝聚力

随基质吸力增加而增加，且增加的斜率近似于

tanφb值，斜率随吸力增加而稍减。内摩擦角的变化趋势与无黏性土相同。在进气值之前，土的内摩擦角几乎不变，其后随着吸力的增加而增加。但在非饱和残余区，凝聚力将随土的状态路径的不同而改变。总结研究了非饱和土在脱湿(或干燥)过程、基质吸力增大的过程中非饱和土抗剪强度随吸力的的变化规律。由于非饱和土在干、湿