非飽和土持水能力和抗剪強(qiáng)度的研究及應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代土力學(xué)的研究內(nèi)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(jīng)?？梢杂龅蕉喾N土，其性狀性質(zhì)同飽和土力學(xué)的理論和原理不一致，但非飽和土土力學(xué)也是將土的性質(zhì)同工程力學(xué)兩者相互結(jié)合起來的一門學(xué)科。非飽和土體的基質(zhì)吸力與含水率的變化存在什么樣的函數(shù)關(guān)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(guān)注的一個熱點研究方向。非飽和土體抗剪強(qiáng)度一直都是非飽和土土力學(xué)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(zhì)吸力減少，此時抗剪強(qiáng)度發(fā)生變化，不同含水率和基質(zhì)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(qiáng)度以及基質(zhì)吸力對邊坡穩(wěn)定產(chǎn)生的影響進(jìn)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(rèn)識，利用實驗室現(xiàn)有的儀

3、器分別針對非飽和殘積土和膨脹土進(jìn)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(zhì)、干密度、固結(jié)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(shù)對殘積土和膨脹土的土水曲線進(jìn)行擬合，得出具體的土水特征曲線表達(dá)式。根據(jù)試驗測得的結(jié)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(chǔ)上通過分析干密度與土水特征曲線方程參數(shù)的關(guān)系，得出干密度、基質(zhì)吸力、飽和度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系表

4、達(dá)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(guān)系表達(dá)式驗證了本文建立的包含干密度的土水特征曲線表達(dá)式的適用性。
　　2.非飽和土強(qiáng)度理論及其變形特性的研究可揭示非飽和土三相介質(zhì)力學(xué)行為，為建立非飽和土本構(gòu)關(guān)系打下基礎(chǔ)，也可進(jìn)一步建立飽和土與非飽和土統(tǒng)一的土力學(xué)理論，使其更好地應(yīng)用到工程實踐當(dāng)中。非飽和土抗剪強(qiáng)度主要有三部分組成，其非線性主要體現(xiàn)在基質(zhì)

5、吸力的影響上，而基質(zhì)吸力對非飽和土的總強(qiáng)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(guān)系數(shù)n和a的非飽和土的總粘聚力和基質(zhì)吸力的函數(shù)表達(dá)式，進(jìn)而得到非飽和土的非線性抗剪強(qiáng)度表達(dá)式，并且對于同中土n和a具有相關(guān)性，是成對出現(xiàn)的；利用通過四種不同類型土的試驗數(shù)據(jù)對本文建立的公式進(jìn)行分析驗證，結(jié)果表明其擬合效果較好，并且公式計算值與實際試驗結(jié)果相比相差不大，與Fredlund等人提出的非飽和雙應(yīng)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(guān)系數(shù)為常值，不會因為基質(zhì)吸力或者飽和度的改變而改變，加上有效粘聚力和內(nèi)摩擦角四個數(shù)值表達(dá)了非飽和土體的抗剪強(qiáng)度，因此適用性很強(qiáng)。
　　3.基于非飽和土強(qiáng)度等理論，采用GDS非飽和土三軸儀試驗系統(tǒng)對膨脹土進(jìn)行非飽和狀態(tài)下的三軸剪切強(qiáng)度試驗研究，通過在試驗過程中通過控制基質(zhì)吸力控制不同的含水率，對非飽和膨脹的抗剪強(qiáng)度進(jìn)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(qiáng)度理論公

7、式對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，得到了非飽和膨脹土的非線性抗剪強(qiáng)度表達(dá)式。基于非飽和土總粘聚力公式，通過室內(nèi)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(nèi)摩擦角
　　4.通過試驗由土水特征曲線推導(dǎo)出含水率與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的關(guān)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(qiáng)度折減有限元法，結(jié)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(zhì)邊坡的安全系數(shù)，找出最危險滑動面；通過已測