非飽和土持水能力和抗剪強度的研究及應用.pdf

1、現代土力學的研究內容可劃分成飽和土為和非飽和土兩大部分，在實際巖土工程中我們經常可以遇到多種土，其性狀性質同飽和土力學的理論和原理不一致，但非飽和土土力學也是將土的性質同工程力學兩者相互結合起來的一門學科。非飽和土體的基質吸力與含水率的變化存在什么樣的函數關系，以及土水特征曲線的各種影響因素，比如初始干密度、不同豎向壓力、初始含水率、孔隙比等，是非飽和土廣受關注的一個熱點研究方向。非飽和土體抗剪強度一直都是非飽和土土力學研究的重點，降雨

2、入滲會使飽和度增大，隨含水率增大，土的自重增大，同時基質吸力減少，此時抗剪強度發(fā)生變化，不同含水率和基質吸力對非飽和土邊坡穩(wěn)定的影響也是工程實踐中急需解決的問題，因此，本文主要圍繞非飽和土持水能力影響因素、建立適合非飽和土的非線性抗剪強度以及基質吸力對邊坡穩(wěn)定產生的影響進行了比較深入系統(tǒng)的探索和研究，本文主要研究工作分為以下四個方面：
　　1.為了研究非飽和土的土水特性及其影響因素，加深對非飽和土土水規(guī)律的認識，利用實驗室現有的儀

3、器分別針對非飽和殘積土和膨脹土進行了試驗研究，通過土水特性試驗，測定非飽和殘積土和膨脹土的土水特性曲線。通過土水特性試驗，測定含水率、土質、干密度、固結壓力以及原狀土等對非飽和土土水特征曲線的影響。采用三種函數對殘積土和膨脹土的土水曲線進行擬合，得出具體的土水特征曲線表達式。根據試驗測得的結果，分析干密度對殘積土和膨脹土持水能力的影響，在試驗的基礎上通過分析干密度與土水特征曲線方程參數的關系，得出干密度、基質吸力、飽和度之間的數學關系表

4、達式為 r d(,)S? fu?，可以通過該擬合方程來描述不同干密度膨脹土的持水能力。通過對非飽和殘積土建立持水能力與干密度的關系表達式驗證了本文建立的包含干密度的土水特征曲線表達式的適用性。
　　2.非飽和土強度理論及其變形特性的研究可揭示非飽和土三相介質力學行為，為建立非飽和土本構關系打下基礎，也可進一步建立飽和土與非飽和土統(tǒng)一的土力學理論，使其更好地應用到工程實踐當中。非飽和土抗剪強度主要有三部分組成，其非線性主要體現在基質

5、吸力的影響上，而基質吸力對非飽和土的總強度的影響與對非飽和土的總粘聚力的影響一致，因此本文建立了包含兩個非線性相關系數n和a的非飽和土的總粘聚力和基質吸力的函數表達式，進而得到非飽和土的非線性抗剪強度表達式，并且對于同中土n和a具有相關性，是成對出現的；利用通過四種不同類型土的試驗數據對本文建立的公式進行分析驗證，結果表明其擬合效果較好，并且公式計算值與實際試驗結果相比相差不大，與Fredlund等人提出的非飽和雙應力狀態(tài)線性計算公式相

6、比，其計算值具有更好的吻合性。對給定的土體，兩個非線性相關系數為常值，不會因為基質吸力或者飽和度的改變而改變，加上有效粘聚力和內摩擦角四個數值表達了非飽和土體的抗剪強度，因此適用性很強。
　　3.基于非飽和土強度等理論，采用GDS非飽和土三軸儀試驗系統(tǒng)對膨脹土進行非飽和狀態(tài)下的三軸剪切強度試驗研究，通過在試驗過程中通過控制基質吸力控制不同的含水率，對非飽和膨脹的抗剪強度進行分析和研究。最后通過本文提出的非飽和土非線性抗剪強度理論公

7、式對試驗結果進行分析，得到了非飽和膨脹土的非線性抗剪強度表達式?；诜秋柡屯量傉尘哿?，通過室內三軸剪切試驗得到不同含水率的非飽和殘積土的總粘聚力和內摩擦角
　　4.通過試驗由土水特征曲線推導出含水率與抗剪強度指標的關系；建立極限分析的邊坡計算模型；通過Bishop、Ordinary和Janbu三種極限分析方法以及強度折減有限元法，結合非飽和土的總粘聚力和摩擦角求解出不同含水率作用下土質邊坡的安全系數，找出最危險滑動面；通過已測