非饱和土的基质吸力与毛细吸力

从毛细现象和基质吸力的定义出发讨论了二者的联系和差别，指出毛细吸力和基质吸力是两个不同的概念，考虑到作用面积的影响，提出了等效基质吸力的概念，通过对理想粘土片和球形颗粒最松散堆积模型的计算分析得出了毛细上升高度和基质吸力表达式，研究表明，在毛细高度之内，基质吸力线性分布与含水量无关；在毛细高度之外，基质吸力非线性增长；另外对等效基质吸力沿高度的分布作了定性分析。     

非饱和土湿吸力与含水率的定量关系研究

以立方松散堆积方式为例,从理论上推导并给出了湿吸力与非饱和土含水率的定量关系表达式,开展了不同含水率状态下重塑细粒砂性土的吸力测试,对试验结果进行了曲线拟合和分析,理论计算和试验拟合结果均表明：对于特定的非饱和土,湿吸力随含水率先增大而后减小,即存在确定的界限含水率。这与“在一定的土体含水率变化范围内,非饱和土,尤其是非饱和砂性土的强度随含水率的增加而先增大后减小”的事实完全相符,这再次证明了湿吸力,而非基质吸力,才是非饱和土有效应力的重要组成部分。     

低含水率非饱和土的有效应力及抗剪强度

在暂不考虑其它因素引起的基质吸力组成部分 ,而只考虑毛细水作用对基质吸力的贡献的基础上 ,引进了附加内压力概念 ,将基质吸力分解为毛细吸力和附加内压力两部分 ,进一步将低含水率非饱和土中的总有效应力区分为由基质吸力引起的有效应力及由重力和其它外力产生的有效应力两部分 ,基此推导出基质吸力与抗剪强度之间的关系 ,解释了非饱和土的抗剪强度随含水率降低、基质吸力增大而增大且相互依赖关系呈非线性等重要试验现象     

非饱和土有效应力公式验证

非饱和土有效应力原理对于非饱和土力学具有奠基性的意义。虽然现有的非饱和土有效应力公式种类很多,但是同时具有一定理论基础和明确物理意义的非饱和土力有效应力公式并不多,而且其适用性有待进一步的验证。为此,笔者首先简要概述了非饱和土有效应力公式的演化历程,并对几种典型的非饱和土有效应力公式的理论依据及物理意义进行了讨论,通过比较发现,邵龙潭采用连续介质力学理论推导得到的饱和与非饱和土统一的有效应力公式与1996年Vanapalli所提出的半经验公式在形式上相似,但是前者却阐明了非饱和土有效应力的物理意义即不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力。将该公式与四参数Van Genuchten模型进行结合分别对膨胀土、粉质粘土、粘质砂土以及灰质粘土4种不同种类的非饱和土的抗剪强度进行了预测。结果表明,在试验精度范围内,理论预测值与试验值吻合较好,从而验证了该公式在试验和工程中具有良好的适用性。     

非饱和土广义吸力理论研究现状及其分析

对目前有关非饱和土广义吸力理论的各种研究成果进行分析,认为对于吸力物理机制的不同认识和不同研究方法是导致现众多吸力理论和有效应力理论的主要原因,文中对各理论体系作一归纳总结。     

非饱和土的应力传递机理与有效应力原理

回顾了几十年来非饱和土有效应力研究的主要成果。根据非饱和土的应力传递机理 ,提出了土样中任一点三个有效主应力表示形式和有效应力参数确定方法。     

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。     

关于"非饱和土的基质吸力和张力吸力"的讨论

笔者学习了栾茂田教授题为“非饱和土的基质吸力和张力吸力”[1]一文(载于《岩土工程学报》2006年第7期,以下简称“原文”),原文与我们的“湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨”、“从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论”、“非饱和土中有效应力及有关概念的解说与辨析”[2-4](分别载于《岩土工程学报》2000年第1期、2001年第4期、2006年第2期,以下简称“文一”、“文二”、“文三”)等文章的观点有相同点,也有不同点。学术贵在争鸣,我们想就栾茂田教授的文章,在以下几个问题上,与栾教授商榷。     

关于“非饱和土的基质吸力和张力吸力”的讨论

笔者学习了栾茂田教授题为“非饱和土的基质吸力和张力吸力”一文（载于《岩土工程学报》2006年第7期，以下简称“原文”），原文与我们的“湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨”、“从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论”、“非饱和土中有效应力及有关概念的解说与辨析”（分别载于《岩土工程学报》2000年第1期、2001年第4期.     

广义吸力和非饱和土的统一变形理论

本文首先推广了吸力的概念，把一切增加颗粒间抗滑阻力的因素都称为广义吸力，在此基础上把饱和土的有效应力原理推广为广义有效应力原理。接着把饱和扰动土的孔隙状态定义为稳定状态，并提出了广义吸力的丧失将促使欠压缩土和超压缩土均向稳定状态发展的理论。然后建议了一个能同时描述湿陷和湿胀特性的本构模型，并通过模拟试样在不同的加荷方式和浸水共同作用下的表现，说明建议的理论可以描述黄土和膨胀土的基本变形特性。     

非饱和土的基质吸力和张力吸力

首先在既往关于非饱和土分类方法的基础上,根据孔隙水弯液面与土颗粒表面的搭接状态,将双开敞非饱和土进一步细分为搭接双开敞非饱和土和不搭接双开敞非饱和土。然后基于热力学原理,提出了另外一个与基质吸力紧密相关而又不同的吸力概念-张力吸力。通过基于水封闭非饱和土的理论计算,得出了张力吸力与基质吸力之间的定量关系,同时利用作者们所提出的等效吸力概念,对比了由基质吸力、张力吸力所产生的等效吸力,从而一方面揭示了张力吸力在非饱和土力学中的重要性,另一方面论证了等效吸力概念的科学性与实用性。     

非饱和土中有效应力及有关概念的解说与辨析

对非饱和土中有效应力及其有关的诸如表面张力、基质吸力、湿吸力、本征结构吸力和可变结构吸力进行了系统的解说与辨析,由此提出了同时适应非饱和土和饱和土的统一的有效应力新概念及公式,并且结合特殊性土实例说明了非饱和土的有效应力公式。     

从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论

首先对非饱和土中吸力进行了综合分类并对各类吸力的性状进行了系统阐述 ,认为非饱和土中土颗粒间的总吸力由本征结构吸力、可变结构吸力、有效基质吸力、湿吸力和牵引力组成。基于各吸力的特性和Mohr -Coulomb强度准则 ,从理论上直接给出了非饱和土的总吸力与抗剪强度间的关系 ,这不仅从形式上统一了Bishop和Fredlund的强度公式 ,而且在内容上明确了其中各状态变量的物理意义。文中分析了非饱和土抗剪强度的组成及其影响因素。对Donald在非饱和土试验中发现的砂性土抗剪强度与基质吸力间呈山坡形的曲线关系及Gan、Escario、Fredlund等的粘性土抗剪强度和基质吸力 (含水量 )间呈非线性正比关系 ,以及对同一非饱和土因具不同初始孔隙比而具不相同的抗剪强度现象给出了令人满意的理论解释。广义抗剪强度公式客观地反映了非饱和土的强度特性     

对非饱和土有效应力研究中若干基本观点的思辨

鉴于当前非饱和土有效应力研究中一些值得注意的倾向,将有效应力的实质原则和非饱和土的特殊性质相结合,提出并分析了几个基本观点。这些观点将有益于所提问题的研究。     

非饱和土试验中的先进吸力控制技术

介绍和评价了海外常用的3种吸力控制技术:轴平移、渗透和湿度控制。论述了每种技术的工作原理、发展过程、应用情况和优缺点。对文献中采用轴平移和渗透技术得到的试验结果进行了比较和讨论。另外,在直剪试验的剪切阶段前施加不同的吸力平衡历时,用以展示吸力平衡历时对随后的剪切过程中的各种剪切性状(抗剪强度和体变)的影响。     

基于孔隙连通–迂曲参数表征土的非饱和渗透各向异性

合理描述土的非饱和渗透各向异性对模拟土体内水分和污染物的迁移至关重要。基于Mualem提出的非饱和渗透系数函数引入的孔隙连通–迂曲参数,推得非饱和渗透各向异性系数关于有效饱和度的幂函数表达式,并根据该表达式将土的非饱和渗透各向异性划分为9种类型,发现各向异性系数随有效饱和度的变化过程中会出现土孔隙内水分主导流动方向变化的门槛点;再利用已有文献中基于孔隙网络模型模拟土样的非饱和渗透数值试验结果验证了该表达式的有效性;最后,将该表达式与Van Genuchten-Mualem函数相结合,定量描述了基质吸力对已有文献中4种土的非饱和渗透各向异性影响。