非饱和黏性土粒间吸力测试研究

对粒间吸力的认识是非饱和土有效应力及变形、强度特性研究的基础。由粒间吸力各组成部分的特点 ,提出了非饱和黏性土粒间吸力的测试原理和方法 ,并对红黏土的粒间吸力进行了试验。此研究对于结构性与土的力学性质间关系的研究有重要意义     

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。     

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     

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。     

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.     

考虑土颗粒间胶结面积的粒间吸力计算

粒间吸力的计算是非饱和土有效应力原理研究的重点之一。首先考虑土颗粒间胶结面积,建立了微观状态下土颗粒相互作用的理想简化模型,推导给出了土颗粒接触点处各个力之间的相互关系,并分析了宏观上两种典型的堆积方式,从而总结得到了粒间吸力的统一表达式。而后,讨论了土颗粒间胶结面积对粒间吸力的影响。结果表明,直接使用表面张力分量来计算粒间吸力,可以简化粒间吸力的计算。最后,通过算例分析,阐明了颗粒间胶结面积对粒间吸力大小的影响。并基于多孔介质双重有效应力的假说,引入本研究给出的考虑土颗粒间胶结面积的粒间吸力公式,推导得到了适用于低含水率条件下非饱和土双重有效应力的计算公式。     

对“非饱和土的基质吸力和张力吸力”讨论的答复

《非饱和土的基质吸力和张力吸力》一文（下文称“原文”）引起了张鹏程和汤连生老师的兴趣，并提出了一些疑问，笔者对两位老师的关注表示感谢。下文答复中称《关于“非饱和土的基质吸力和张力吸力”的讨论》为《讨论》，称汤连生老师的两篇论文分别为“文一”和“文二”。正像《讨论》所说的那样“学术贵在争鸣”，笔者希望此次讨论能引起更多同行对吸力问题的关注。     

基于分形理论的非饱和土结构吸力定量计算

已有的研究成果表明,非饱和土强度和变形特性在很大程度上是由结构吸力决定的。本文在可变结构吸力初步表达式的基础上,借鉴分形理论中的有关概念和方法,推导出不等粒径颗粒间可变结构吸力与土体含水量、干密度、孔隙比等的定量计算公式,并从理论上分析了可变结构吸力与含水量、干密度、孔隙比的关系。研究结果表明,可变结构吸力随着含水量的增大单调递减,随着干密度的增大单调递增,随着孔隙比的增大单调递减,与前人理论研究和试验研究结果一致。     

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。     

非饱和土的吸力量测技术

有关非饱和土吸力量测技术的资料已有不少,但要准确地测量大范围的土吸力目前仍很困难。比较和讨论各种非饱和土吸力量测手段各自的优越性和不足点以及在工程中各自的应用领域。最后,还提出了关于更有效的吸力量测仪器的一些设想。     

非饱和土吸力控制的渗析技术

本文介绍了非饱和土试验中的吸力控制方法 ,并着重介绍了渗析技术的方法及其应用 ,该方法具有安全、简便、控制吸力的范围大且效果好的特点 ,值得参考借鉴。     

非饱和土的吸力测试与现场观测技术

回顾了非饱和土吸力测量历史,从吸力测试设备的原理出发,介绍了室内和现场吸力测试设备、观测仪器及其埋设方法,其经验可供岩土工程师在非饱和土研究实践中参考。     

非饱和土强度的吸力贡献形式研究

在三级法向应力条件下,分别对处于饱和与最优含水率状态时的4种土样进行直剪实验。所得结果表明,基质吸力会转化为土样的一种黏聚力,并以这种形式来增强土样的强度。与此同时,吸力对土样内摩擦角所造成的影响却是很微小的。分别用同种土样来进行持水特性试验,得到了每种土样处于吸湿与脱湿过程时的土–水特征曲线。对土–水特征曲线进行分析后可知,同种土样的强度特征与其所经受的水力路径是息息相关的;另一方面,与饱和土相比,促使非饱和土强度得以增加的因素是多样的,基质吸力只是占主导地位的因素。依据分析所得结果,可将Fredlund等人提出的非饱和土抗剪强度公式表述为更为直观的形式。     

关于非饱和土基质吸力与水分状态的讨论

非饱和土与饱和土最主要的区别在于土中存在基质吸力.吸力对土的力学性状有重大影响,是非饱和土研究的核心问题.根据基质吸力测定试验拟合了非饱和土的土—水特征曲线,得出在相同干密度下,基质吸力随含水量的增加而急剧减小.     

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。     

关于“从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论”的讨论

笔者学习了汤连生教授题为“从粒间吸力特性再认识非饱和土抗剪强度理论”一文 (载于《岩土工程学报》2 0 0 1年第 4期 ,以下简称原文 ) ,原文与我们同期发表的题为“低含水率非饱和土的有效应力及抗剪强度”一文所关心的问题基本一样 ,但在一些重要观点上看法不同。学术贵在争鸣 ,我们想就汤连生教授的文章 ,在以下两个问题上 ,与汤老师交换一下意见 : (1)关于力的矢量运算法则原文中公式 (6) :Ｔｓ =2πｒα =2πＲαｓｉｎφ ,从原文中图 2可以看出 :矢量 Ｔｓ(加箭号以示与标量相区别 )是一个圆形线上的分布力 ,且在圆形线上各处 ,矢量 Ｔｓ 的方向是不一样的。将各处方向不一     

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。     

全吸力范围非饱和土水力渗透系数的计算

非饱和土水力渗透系数决定了水分在非饱和土体中迁移的速率,因此非饱和土水力渗透系数是研究水分在非饱和土中迁移规律的关键参数.一般情况,渗流数值计算软件将水力渗透系数方程作为输入参数,水力渗透系数方程的准确性直接影响渗流模拟结果的可靠性.常用的非饱和土水力渗透系数方程大多基于毛细水的相关理论,在低吸力区其计算结果与试验数据...     

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。     

路基非饱和土抗剪强度的吸力效应

从宏观的吸力控制型直剪试验和微观的土体颗粒结构2方面入手,对路基非饱和土抗剪强度的吸力效应进行了研究.在不同吸力和不同法向应力条件下完成4组剪切试验,并选取2种不同含水量的同类型土样进行结构扫描.研究结果表明,与粘性土不同的是,当粉质砂土含水量逐渐降低时,土体基质吸力对土体抗剪强度的贡献效果并不是一直增加的,而是存在一...