非饱和土强度公式的比较研究

 非饱和土力学的基本理论已经确认了基质吸力的存在有利于非饱和土的强度提高,但是对于强度提高的机制到目前为止没有统一的结论,非饱和土强度理论中存在着单应力状态变量公式和双应力状态变量公式2种基本的理论表达式,并在此基础上产生了许多实用的强度公式。通过珞珈山土样的土–水特征曲线试验和非饱和三轴剪切试验对非饱和土强度公式进行比较研究。结果表明,珞珈山土样的进气值和残余含水量分别为237.7 kPa和4%;珞珈山土样非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本成线性增长关系,验证了非饱和土双变量强度公式的适用性;珞珈山土样的非饱和抗剪强度参数约为20.7°;现有的非饱和土实用公式精确性较差,非饱和土抗剪强度理论的应用有待进一步的研究与完善。     

重力水对非饱和土力学性能的影响规律研究

通过一系列控制基质吸力的非饱和土试验验证了重力水对非饱和土力学性能的重要影响,分析了产生这种影响的物理机制,以此为基础,讨论了Bishop的非饱和土有效应力公式的适用范围,提出了水气双连通状态下的有效应力的表达式,重新给出了非饱和土在各个连通状态下有效应力的表达式。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,工程特性更为复杂,但其强度理论尚不完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土变形稳定性分析的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和及非饱和黄土的应力–应变曲线为基础,根据在相同σ1-σ3下产生同一轴向应变ε1的变形等效的原则,确定与对应饱和度Sr相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证该数学公式的正确性。根据试验结果分析含水率对非饱和土抗剪强度的影响,建立非饱和土的实用抗剪强度公式。该研究为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。     

上海软土的非饱和三轴强度

由于吸力的影响,非饱和土的力学性状与饱和土有着很大的差异,饱和土的有关强度理论无法简单地运用于解决非饱和土问题。本文通过室内吸力控制的非饱和土三轴剪切试验,研究上海地区软土的强度特征。结果表明:上海软土(④层灰色淤泥质粘土)非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本呈线性增长关系,验证了非饱和土的双变量强度理论的适用性;上海地区第④层灰色淤泥质粘土的非饱和土抗剪强度参数?b约为10.6°。随着非饱和土问题的研究的逐步深入,非饱和土强度理论在上海地区软土地层中的应用,还有待进一步研究和完善。     

非饱和土的有效应力探讨

本文推导了各向异性多孔介质与非饱和土有效应力的理论公式，用三轴试验测定了非饱和土的有效应力参数，澄清了国内外一些学者近期在同类工作中的某些误解。     

非饱和黄土等效吸力的研究

作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论己经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,其工程特性更为复杂,但其强度理论尚不十分完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土力学变形与稳定性分析理论及计算方法的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此,提出了用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行了验证。以常规静三轴试验得到的原状饱和黄土以及非饱和黄土的应力-应变曲线为基础,根据变形等效的原则确定某一饱和度相当的围压即为等效吸力。建立饱和度与等效吸力之间的非线性关系,并验证了该数学公式的正确性。为非饱和土理论应用于工程实践提供了一种新的实用方法。并根据试验结果分析含水量对非饱和土变形模量的影响,建立非饱和土的变形模量公式。     

湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨

提出并阐述了湿吸力的概念,分析了非饱和土的孔隙水压力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别,探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题。基于湿吸力概念,分析并给出了有效应力公式,建议了非饱和土的状态分类及有效应力原理。文中明确解释了Bishop有效应力公式中经验参数χ的物理意义、表达式及其适用范围和影响因素。最后,讨论了非饱和土状态分类原则及其力学分析方法,并指出:非饱和土变形理论的研究,首先应采用细观土力学方法,然后上升到宏观及应用     

非饱和土抗剪强度公式分类及总结

将众多非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类,分析了当前非饱和土抗剪强度公式的特点及研究不足.结果表明:有效应力抗剪强度公式和双应力状态变量抗剪强度公式的力学本质不同,吸附强度表达式的不同导致了抗剪强度公式的多样性,急需加强非饱和土真三轴试验研究,建立符合工程实际受力状况的非饱和土强度理论,完善非饱和土的理论基础,并加快非饱和土强度理论的工程实践与应用进程.     

基于双剪统一强度理论的非饱和土库仑被动土压力统一解

基于双剪统一强度理论,考虑中间主应力和基质吸力等因素的影响,建立了非饱和土库仑被动土压力的统一解。将计算结果与非饱和土朗肯被动土压力统一解的计算结果进行比较,验证了该公式的正确性,并得到了中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角等参数对非饱和土库仑被动土压力统一解的影响特性。研究结果表明:非饱和土库仑被动土压力统一解具有广泛的适用性,饱和土库仑被动土压力和非饱和土朗肯被动土压力均为其特例。中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角对非饱和土库仑被动土压力的影响十分显著,并且非饱和土库仑被动土压力随双剪统一强度理论参数、基质吸力和有效内摩擦角的增大而增大。     

非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容.改进后的G-A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近.     

土力学理论需要发展与变革

土力学经过90多年的发展,已经成为岩土工程中不可缺少的理论分析工具。但土力学目前仍然处于半理论、半经验的状态,其理论预测结果具有非常大的不确定性。如何克服这些不足,使土力学理论不断向前发展和变革,是土力学研究者不可推卸的责任。首先,基于土的易变性与敏感性论证了土是一种非常复杂的、难以用简单的一、两个变量进行精确定量描述的材料;其次,揭示了土力学目前是一种简化的理论,忽略了很多影响因素,难以描述土的复杂性质,由此产生了非常大的不确定性;第三,指出有效应力原理实质上是一种等效的近似方法,并就有效应力的定义、表述、理解和作用及其局限性进行了研究和探讨;最后,针对土力学目前存在的不足以及发展、变革的需求,提出了建立考虑多因素相互作用和影响的土力学理论的观点,提倡用多个因素(或多场)作用的观点研究和描述土的性质和行为。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

含水量对非饱和土抗剪强度参数的影响研究

非饱和土的抗剪强度是当前土力学中研究的热点也是难点,由于非饱和土强度的影响因素较为复杂,因此如何准确地确定非饱和土强度较为困难,目前研究的方法也较多.非饱和土与饱和土强度的本质区别在于含水量的不同,将饱和土的抗剪强度公式运用于非饱和土计算当中对确定非饱和土的抗剪强度有一定的现实意义.本文用含水量确定非饱和土抗剪强度计算...     

非饱和膨胀土抗剪强度的试验研究

膨胀土是一种特殊的非饱和土，经典的土力学理论在膨胀土问题中己显得无能为力。因此，用非饱和土力学理论来研究膨胀土问题在理论和实际两方面都具有重大意义。在非饱和土抗剪强度理论中，吸力的量测在工程实际中仍没有一种简单易行的方法。基于这种实际情况，试图通过其他间接的途径来代替吸力的量测，以确定非饱和土的吸附强度。对于膨胀土这种典型的非饱和土，膨胀力是其很重要的性质之一，它的大小受含水量的影响很大；另一方面，膨胀土的抗剪强度也随含水量的变化而不断地变化。进行了大量的膨胀力试验和抗剪强度试验，以确定膨胀土的膨胀力与吸附强度是否有一定的关系。通过对黑山土和梅山土的重塑试样试验得到的试验数据分析发现：膨胀力和含水量之间存在良好指数关系；粘聚力的对数和内摩擦角均随含水量的增大线性减小；非饱和膨胀土的吸附强度与膨胀力之间存在较好的线性关系，并在此基础上优化了非饱和膨胀土抗剪强度公式。     

实用主义与土力学

通过对有效应力原理、强度准则、地基沉降计算、本构关系模型、非饱和土以及工程中土的参数等方面的论述,说明了土力学的实用主义特色;指出土作为一种十分复杂的材料,土力学作为一门感性很强的实用的学科,研究者应立足于工程实用,密切结合实际,不惮于亲自参与工程实践,才能认识和理解土力学与土工实践中实用主义的有效性和必要性,才会获得切实的成果,为岩土工程作出贡献。也同时指出了实用主义的局限性,它常常与经验主义为邻,因而土力学的概念和理论是不容忽视的。     

考虑气相压力变化和偏应力影响的非饱和土本构模型

基于连续介质土力学的本构模型框架,提出了一个三轴应力状态下的非饱和土本构模型。与非饱和土中的双应力变量不同,根据非饱和土功的表达式,选择广义有效应力、修正吸力和气体压力作为模型的应力状态变量。模型中考虑了气相压力变化对土体变形的影响,给出了固–液–气三相耦合的本构方程。固相采用了非相关联流动法则,并在固相硬化方程中考虑了液相和气相的影响。液相方程利用土水特征曲线描述,并考虑了塑性体应变的影响。气相方程的建立利用了Boyle定律和Henry定律,给出了受固相和液相变形影响的气相方程。最后建立了非饱和土弹塑性增量方程。利用已有的试验数据对模型进行了验证,并将考虑气相影响与未考虑气相影响的预测结果进行了对比。     

Liquefaction of Unsaturated Sand Considering the Pore Air Pressure and Volume Compressibility of the Soil Particle Skeleton

A series of cyclic triaxial tests of unsaturated soils was conducted to get a better understanding of the general liquefaction state of unsaturated soils. In the tests, cyclic shear strain was applied to fine clean sand with the same dry density but different initial suction states under the undrained condition. During cyclic shear, the volume change of the soil particle skeleton, the pore air pressure and the pore water pressure were measured continuously. Having used the effective stress defined by Bishop (Bishop et al., 1963), where the net stress and suction contribute to the effective stress, our test results showed that unsaturated sand specimens with quite a low degree of saturation lose their effective stress due to cyclic shear. At a zero effective stress state, unsaturated specimens behaved similarly to liquids in much the same way as saturated specimens. From experimental and theoretical considerations, the zero effective stress state (i.e., liquefaction) for unsaturated sand was found to have been established when both the pore air and water pressures build up to the point where it is equal to the initial total pressure. A volume change of pore air under the undrained condition, if a volume change of pore water is negligible, is equal to that of the soil particle skeleton. Therefore, it can be concluded that the liquefaction of unsaturated soil generally depends on the volume compressibility of the soil particle skeleton and the degree of saturation. On the other hand, according to the ideal gas equation of Boyle-Charles law, the volume change required to bring about a zero effective stress state can be calculated from the initial pore air pressure (usually the atmospheric pressure) and the final pore air pressure (the initial confining pressure). Therefore, the liquefaction of unsaturated soils also depends on the initial confining pressure. Based on this concept, the liquefaction potential of unsaturated soil can be evaluated by comparing the volume compressibility of the soil particle skeleton and the volume change of the pore air required to bring about a zero effective stress state.     

Verification of unified effective stress theory based on the effect of moisture on mechanical properties of fiber reinforced unsaturated soil

The unified effective stress theory based on suction stress (SSCC theory) enables the characterization of soils under both saturated and unsaturated conditions with one closed-form relationship. This study provides experimental verification of this theory through the unconfined compressive strength test (UCS) and indirect tensile test strength (ITS) on silty clay soil stabilized with fiber. A series of matric suction, ITS, and UCS tests were conducted to validate the SSCC theory through the representation of the results of ITS and UCS tests in terms of mean total stress (p) versus deviatoric stress (q) and mean effective stress (p`) versus deviatoric stress (q). The results of the validation procedures showed that the SSCC theory is applicable and valid at a range of 6%–16% of water content on the silty clay and the silty clay fiber-reinforced soils. There is a small fluctuation in the increase of ITS and UCS values with increasing fiber content due to randomly oriented distribution of the fiber. The addition of glass fiber does not significantly affect the capacity of water retention of the soil. It improves the condition of the mechanical soil properties at the end of construction more than of the effective stress condition.