非饱和土孔隙压力系数研究

由于非饱和土性状主要受三个状态变量(σif—外加应力、u_w—孔隙水压力、u_w—孔隙气压力)及其历史的控制,因此,孔隙水、气压力的理沦和实验就成了研究非饱和土强度和变形特性的前提,也是验证土骨架应力应变模型的有效手段之一。本文基于吸力方程和笔者提出的广义非线性应力应变模型,根据质量守恒原理,导出了恒温不排气、不排水条件下求解孔隙压力系数的一般迭代算式。通过计算分析与试验验证表明:(1)本文的方法可以用于定量地揭示复杂应力条件下非饱和土孔隙压力的生成规律,并能实现由非饱和逐渐向饱和状态的平衡过渡,(2)非饱和土孔隙压力系数的影响因素很多,不仅与土骨架的压缩性、剪胀性、土体初始状态有关,而且还与外加压力及土体现时状态有关;(3)文中所给的四种广义非线性应力应变模型中,只有E-u-K模型能较好地模拟非饱和土孔隙压力的生成,而其它模型所预测的结果不是偏大就是偏小。     

三轴拉伸试验技术研究

本文通过对常规三轴仪轴向加力系统和孔压量测系统进行的一系列改造，使之能够实现测定非饱和土，在受周围压力情况下的拉伸应力，拉伸应变，孔隙水压力和孔隙气压力，并用试验验证了该仪器的可行性。     

土石坝施工期的孔隙压力观测：关于《土石坝安全监测技术规范SL60—94

简要讨论了土石坝施工期心墙孔隙压力的观测，非饱和土孔隙压力的成分与性质，孔隙气压力与孔隙压力的观测，以及几个有代表性工程孔隙压力观测结果的评识，最后就土石坝施工期孔隙压力的观测提出见解和建议。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

非饱和土的抗剪强度理论研究

从孔隙水的存在状态出发 ,围绕Bishop抗剪强度公式中存在的几个疑点展开讨论 .认为非饱和土中支配强度和变形的应力之所以不同 ,是因为非饱和土中存在一种性质与有效应力不同的应力———内部应力 ,它不传递 ,仅影响土的塑性变形 .同时还对Bishop ,Fredlund和卢肇钧提出的抗剪强度公式中的参数测试方法进行分析 ,指出 :各种抗剪强度理论在概念上都是相同的 ,其区别仅在于确定由吸力产生的那部分有效应力时采用的参数和测试方法不同     

土石坝施工期的孔隙压力观测--关于<土石坝安全监测技术规范SL60-94>的讨论意见

简要讨论了土石坝施工期心墙孔隙压力的观测,非饱和土孔隙压力的成分与性质,孔隙气压力与孔隙水压力的观测,以及几个有代表性工程孔隙压力观测结果的评识,最后就土石坝施工期孔隙压力的观测提出见解和建议.     

三轴拉伸试验技术研究

本文通过对常规三轴仪轴向加力系统和孔压量测系统进行的一系列改造,使之能够实现测定非饱和土,在受周围压力情况下的拉伸应力、拉伸应变、孔隙水压力和孔隙气压力.并用试验验证了该仪器的可行性.     

基质吸力对黄河大堤非饱和土边坡稳定的影响

在以往的边坡分析中，一般采用土的有效抗剪强度参数（C^1和ψ），对于地下水位以上由负孔隙水压力提供的部分抗剪强度通常不予考虑，主要是测量负孔隙水压力并把其纳入稳定分析中比较困难。基于上述情况，本文根据黄河大堤非饱和土工程特性的试验结果，用极限平衡法分析黄河大堤边坡稳定性，得出基质吸力对边坡影响的规律，具有重要的工程意义。     

非饱和黄土宏细观含水状态与结构性的研究

土水特征曲线可以反映土中孔隙的空间分布与变化情况,利用土体的孔隙分布特征可以研究 非饱和土的持水特性和结构特性。首先通过室内压力膜仪试验,研究了非饱和黄土的土水特征曲线的 进气压力值、脱湿速率、孔径分布参数等指标与干密度、击实含水率的关系;然后基于孔径分布计算理论 和试验结果,给出了非饱和黄土的孔径分布曲线,用来评价土体内部孔径的分布情况,分析了非饱和黄 土干密度和击实含水率对土的宏细观含水状态和结构性的影响机理。结果表明:增大非饱和土的干密 度,可使孔径变小,孔隙结构分布范围变窄,土颗粒从架状结构向致密结构转换,基质吸力变化引起含水 率变化较小,持水特性提高,土体的脱湿速率变慢,进气值呈现增大趋势;而击实含水率位于最优含水率 湿测时,影响并不明显。     

非饱和多孔介质应力渗流耦合分析研究

非饱和多孔介质进行应力场渗流场耦合分析时引入多孔介质有效应力原理,探究有效应力参数的确定。根据弹塑性理论,得到应力平衡方程,继而得到应力场方程。根据孔隙介质的连续性方程,得到渗流场方程。在以上控制方程组的基础上,加上定解条件,建立完整的非饱和多孔介质应力场渗流场耦合分析数学模型。通过土石坝的案例分析,得到数学模型在工程应用中的合理性。     

心墙堆石坝的水力劈裂分析

水力劈裂的常用计算方法分有效应力法和总应力法，但其计算结果却常有很大差异。本文详细分析了它们产生差异的原因，认为应该用心墙外水压力是否超过心墙上游面处土中的中主应力来判别水力劈裂的发生可能。提出应用有效应力法计算心墙堆石坝初期有效应力和水压力，通过叠加得到总应力，再与心墙前水压力比较来判别是否发生水力劈裂。该方法可以反映心墙渗透性、饱和度、库水位上升速度等对水力劈裂的影响。这样，通过控制这些因素就可避免水力劈裂的发生。最后通过实例计算表明了该方法的合理性。     

等应力比应力路径下饱和原状黄土的孔压特性

对杨凌饱和原状黄土在轴向加载且径向卸载以及轴向卸载且径向加载二种类型的等应力比应力路径下,进行了K0固结不排水三轴剪切试验,探讨了应力路径、固结围压等对饱和原状黄土孔压发展特性的影响。研究表明:(1)当忽略被动压缩应力路径在较小围压开始阶段所产生的极小负孔压值时,在两种类型的等应力比应力路径下孔压随轴向应变(压缩或挤伸)的增大,先快速增大后缓慢变化且均为正值;(2)固结应力条件相同时,应力路径对孔压发展特性有很大的影响,对于轴向加载且径向卸载类型的等应力比应力路径,孔压随加载应力比的增大而增大;而对于轴向卸载且径向加载类型的等应力比应力路径,孔压却随加载应力比的增大而减小;(3)在有效球应力和偏应力坐标系上,在轴向加载且径向卸载类型的各种等应力比应力路径下近似地具有唯一的有效应力路径;而在轴向卸荷且径向加载类型的各种等应力比应力路径下具有不同的有效应力路径,且随着加载应力比的增大,其有效应力路径由右向左按顺时针方向依次排列;(4)在不同应力路径下,孔压是由平均正应力增量和剪应力增量两部分共同引起的,由平均正应力增量引起的孔压与土的非线性变形特性无关,由剪应力引起的孔压与剪应力间呈显著的非线性关系。     

考虑软土流变特性和应力历史的一维固结与渗透试验

利用GDS先进固结试验系统对萧山软土进行了常规分级加载固结与渗透试验、分级加载流变固结与渗透试验、压缩－回弹－再压缩流变固结与渗透试验，绘制了沉降曲线、孔压消散曲线以及孔隙比和渗透系数的变化曲线，通过回归分析得到了萧山软土的压缩指数、回弹指数、渗透指数、次固结系数。试验结果表明：萧山软土具有明显的流变特性，对于正常固结萧山软土，土样底部超静孔压消散大约在加载后5个小时左右完成，而超固结土孔压消散速度比正常固结土快；应力历史和超固结比对次固结系数有显著的影响。     

多孔连续介质渗透压力对变形应力影响的数值模拟方法探讨

渗流场对应力和变形影响计算中渗流荷载普遍采用渗透体积力+浮托力方式,这是一种简化近似算法,即忽略了渗透压力作用下固体介质自身的变形。这种近似对于土、砂等细颗粒离散介质的误差是可以忽略的,但对于混凝土、裂隙岩体等多孔连续介质或等效孔隙介质则因忽略了孔隙压力对固体介质变形的影响,夸大了浮托力的作用,导致变形和有效应力失真。本文从孔隙水压作用下的应力应变关系出发,将孔隙压力的作用按初应变(或初应力)推导有限元渗透荷载公式(孔隙压力初应力/应变法)。用算例比较了不同方法对结果的影响,结果表明,渗透体积力+浮托力的算法,有效应力和变形误差过大,有些情况下会得到错误的变形结果。而孔隙压力初应力/应变法,可以正确地得到渗流场中渗透压力作用下的应力和变形。     

土石坝振动孔压影响因素的研究

利用作者提出的土石坝三维非线性有效应力地震反应分析方法及相应计算程序，对土石坝振动孔压的一些影响因素进行了研究，结果表明：随地震加速度幅值、卓越周期和地震波形的不同，坝内孔压分布各异，故正确确定地震动参数很重要；考虑孔压消散和扩散与否所得出的孔压分布明显不同，考虑孔压消散和扩散的有效应力分析方法更切合实际，这对中等和高透水性的坝基和坝料尤为重要；边界排水条件不同，坝内孔压不同，故保证边界排水良好，可降低孔压，提高坝体的抗震稳定性.     

饱和砂土地基中地下管线的振动台试验数值模拟分析

本文采用有效应力有限元方法对饱和砂土地基中的地下管线振动台模型试验进行了数值模拟，该方法以广义Biot固结原理为基础，采用了双曲线的应力应变关系和Seed提出的孔压模型，通过将预测的超孔隙水压力、排水措施的抗上浮效果与试验结果进行比较，结果表明，有效应力分析方法可以较好地模拟管线周围地基中超孔隙水压力增长和消散过程、评价管线的抗上浮能力，采用排水措施可提高管线的抗上浮安全系数。     

建筑物非均质地基的地震液化有效应力判别法

在建筑物均质地基地震液化总应力判别法的基础上，针对非均质建筑物地基，利用锥体传力机制，求得地基中的附加动应力场，对于复杂成层地基，提出了可以直接求解地基中孔隙水压力的地震液化有效应力法判别方法。结合多孔介质动力学理论，给出了横向不均匀的复杂地基的分析方法。     

有渗透水作用时混凝土坝的实测应力分析

混凝土坝的应力、应变监测是大坝安全监测的项目之一,大坝坝踵是应力、应变最敏感的重点部位。借助于多孔材料弹性力学的分析,对埋设于混凝土坝中的应力计和应变计实测应力、应变中的构成成分进行了研究,指出了应力计实测应力中包含有作用于混凝土骨架的有效应力和部分孔隙水压力;埋设在建基面和接缝面上的应力计,其孔隙水压力为全水头扬压力。同样埋设在坝体混凝土中的应变计,实测应变中则仅包含有效应力应变,而没有因孔隙水压力产生的变形分量,为正确应用混凝土坝应力、应变监测成果评估大坝安全性状提供了理论依据。     

土动力学试验与计算研究

以自行研制的大型电液伺服粗粒土动静三轴试验仪为工具，对砂砾石、掺砾土两种粗粒土的试验资料作了较深入的研究，提出了供动力分析使用的振动孔隙水压力和残余应变数学模型，考虑初始剪应力影响归纳了指数函数型表达的超静孔压增长规律和残余剪切变形规律。在三维有效应力有妇元法中，运用上述模型对地基土的地震反应进行分析，不但可模拟土体孔压和永久变形在地震过程中的变化情况，而且能够对地震过后一段时间的变化进行模拟。     

地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响

以某水库堤坝为研究对象,研究了地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性的影响。先分析地震荷载引起的渗流场时程变化,再与应力场进行耦合,分析坝坡稳定性。渗流场和震动场分析采用有限元法,坡体稳定性分析采用极限平衡法。结果表明:地震作用会激发超孔隙水压力的增长,是否考虑地震荷载和孔压变化的耦合效应会使得稳定性分析结果有较大差异。不考虑该耦合作用时,边坡易发生浅层滑动,滑动面较平坦,易高估堤坝的抗震稳定性;考虑该耦合作用时,滑面位置明显深入,易发生深层滑动。孔压的累积效应可能是两相介质边坡动力失稳的关键因素。因此,地震作用下孔隙水压力对边坡动力稳定性分析具有至关重要的作用。