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     

湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨

提出并阐述了湿吸力的概念,分析了非饱和土的孔隙水压力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别,探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题。基于湿吸力概念,分析并给出了有效应力公式,建议了非饱和土的状态分类及有效应力原理。文中明确解释了Bishop有效应力公式中经验参数χ的物理意义、表达式及其适用范围和影响因素。最后,讨论了非饱和土状态分类原则及其力学分析方法,并指出:非饱和土变形理论的研究,首先应采用细观土力学方法,然后上升到宏观及应用     

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     

用于离散元分析的胶结材料三维微观接触模型

岩石、结构性土、含水合物深海沉积土(能源土)等岩土材料均可视为由颗粒骨架和粒间胶结物共同构成的胶结型材料。简单实用的微观粒间接触模型是采用离散元数值方法分析胶结体系宏微观力学特性的基础。针对有一定厚度的粒间胶结形式,将胶结物简化为存在于颗粒之间有一定厚度的短圆柱。通过对胶结物内部应力分布进行适当简化推导了三维粒间接触模型,包括法向、切向、弯曲和扭转四个方向的相互作用规律。最终所得模型结合了理论推导和既有室内胶结接触力学试验成果,考虑粒间胶结物的法向压碎过程,能描述切向、弯曲和扭转单独作用的破坏过程以及剪弯扭共同作用下的破坏准则。模型形式简单,易于引入离散元程序。     

学习“非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展”

学习"非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展",加深了对吸力、有效应力、土的微观结构及其模型的认识。吸力有两类。非饱和土有五相。应该用绝对压强论述土力学。土力学研究可以分为两个层次。对于动力机制,应该引入群的概念。赞成将湿土体微结构搞清楚,准确地建模。     

非饱和土刚性挡墙抗倾覆临界嵌固深度研究

基坑周围土体实际处于非饱和状态,忽略基质吸力的饱和土挡墙抗倾覆设计不合理。基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和土强度的中间主应力效应和非线性,利用力矩相等推导基质吸力均匀和线性2种分布下基坑刚性挡墙的抗倾覆临界嵌固深度方程,给出工程应用步骤,并得到新提出的抗倾覆临界嵌固系数的参数影响特性。所得结果为系列化的有序解答,具有广泛的理论意义和很好的适用性。研究表明：基坑刚性挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,考虑中间主应力效应可以更加发挥非饱和土体的强度潜能;基质吸力及其分布对抗倾覆临界嵌固系数具有显著影响,应合理假定基质吸力分布并采取工程措施确保其稳定存在;处理非饱和土强度非线性影响有2种方法,采用稳定较小吸力角的方法1简单偏保守,采用分段双曲线吸力角的方法2精确稍复杂,应正确认识高基质吸力对非饱和土强度及其结构设计的双重影响。     

非饱和土的修正SFG模型研究

从非饱和土的有效应力出发,对SFG模型进行了修正,将饱和度的影响引入到了模型当中,使得模型在不增加参数的同时可以反映更多的实验现象。首先简单介绍了SFG模型。然后以功的表达式推导得到的非饱和土有效应力为基础给出了非饱和土的体变方程,在饱和阶段该方程可以自动退化为饱和土的体变方程。结合土水特征曲线方程,推导得到了修正模型的加载湿陷屈服面方程,由此得到的屈服面方程不仅是吸力的函数,同时也是饱和度的函数。屈服面可以连续光滑地从饱和状态过渡到非饱和状态,并可以预测干燥时出现塑性变形的现象。此外它还可以反映SFG模型无法反映的现象,即考虑饱和度的影响,对于吸力相同饱和度不同的土样,给出的屈服应力将不同。最后利用已有试验数据对修正模型进行了验证,说明了修正模型与试验结果是相符的。     

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。     

基于双剪统一强度理论的非饱和土库仑被动土压力统一解

基于双剪统一强度理论,考虑中间主应力和基质吸力等因素的影响,建立了非饱和土库仑被动土压力的统一解。将计算结果与非饱和土朗肯被动土压力统一解的计算结果进行比较,验证了该公式的正确性,并得到了中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角等参数对非饱和土库仑被动土压力统一解的影响特性。研究结果表明:非饱和土库仑被动土压力统一解具有广泛的适用性,饱和土库仑被动土压力和非饱和土朗肯被动土压力均为其特例。中间主应力、基质吸力和有效内摩擦角对非饱和土库仑被动土压力的影响十分显著,并且非饱和土库仑被动土压力随双剪统一强度理论参数、基质吸力和有效内摩擦角的增大而增大。     

非饱和土条形地基梅耶霍夫极限承载力统一解

基于非饱和土的抗剪强度统一解,综合考虑中间主应力、基质吸力和强度非线性,建立非饱和土条形地基的梅耶霍夫极限承载力统一解,对比文献滑移线法解答、上限法解答验证所得统一解的正确性和适用性,讨论与太沙基极限承载力的差异及基底粗糙程度效应,并得出中间主应力、高/低基质吸力以及有效强度参数的影响规律。研究结果表明:太沙基极限承载力将旁侧土的抗剪强度简化为均布荷载,夸大了旁侧土的真实作用,计算结果偏大;基底粗糙程度对承载力系数的确定起关键性作用,梅耶霍夫极限承载力随中间主应力效应的增大而显著增加,不考虑中间主应力影响的Mohr-Coulomb解答过于保守;基质吸力具有双重影响,即在低吸力范围内极限承载力线性增加,而在高吸力范围内却逐渐减小并趋于稳定,这是由非饱和土的强度非线性造成的;有效强度参数的影响亦很重要,且有效内摩擦角较有效黏聚力的影响更明显。由于考虑了中间主应力效应、非饱和特性与旁侧土抗剪强度等工程实际情况,本文结果可为地基优化设计与施工提供有益的参考。     

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。     

Unsaturated creep tests and empirical models for sliding zone soils of Qianjiangping landslide in the Three Gorges

Creep of sliding zone soils may cause significant displacement in large-scale landslides in the Three Gorges reservoir area.To investigate the effects of water on the soil creep behavior of the Qianjiangping landslide,a series of unsaturated triaxial creep tests on the sliding zone soils were performed.Based on the analyses of testing results,a new stress intensity incorporating matric suction was defined and an unsaturated Singh-Mitchell creep model was developed.Predicted results are in good agreement with the experimental results,which indicates that the established unsaturated model can reasonably simulate the effects of water on the soil creep behavior of the landslide.Finally,relationships between matric suction and the parameters of the model were analyzed.This study provides a calculation model and parameters for the evaluation of long-term stability of landslides under the influence of water.     

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。     

线性吸力下非饱和土条形地基临界荷载三剪统一解

基于非饱和土抗剪强度三剪统一解,该解充分考虑了中间主应力效应、材料拉压不等特性和强度准则差异对非饱和土抗剪强度的影响,严密推导了基质吸力线性分布下条形地基临界荷载三剪统一解,讨论了中间主应力、有效黏聚力、有效内摩擦角和强度非线性等参数对临界荷载的影响。研究结果表明:在基质吸力均匀分布和线性分布下,临界荷载随着中间主应力的增大呈现线性增大,中间主应力效应对临界荷载具有显著影响;临界荷载随着有效黏聚力的增大呈现线性增大;临界荷载随着有效内摩擦角的增大呈现非线性增大;处理非饱和土强度非线性采用双曲线吸力角的方法二精确但复杂,高基质吸力下基质吸力对强度提高的影响大于对吸力角使强度降低的影响。非饱和土临界荷载三剪统一解包含了多种屈服准则下的计算公式,具有较广泛的适用性,可为实际工程提供一定的参考。     

考虑气相压力变化和偏应力影响的非饱和土本构模型

基于连续介质土力学的本构模型框架,提出了一个三轴应力状态下的非饱和土本构模型。与非饱和土中的双应力变量不同,根据非饱和土功的表达式,选择广义有效应力、修正吸力和气体压力作为模型的应力状态变量。模型中考虑了气相压力变化对土体变形的影响,给出了固–液–气三相耦合的本构方程。固相采用了非相关联流动法则,并在固相硬化方程中考虑了液相和气相的影响。液相方程利用土水特征曲线描述,并考虑了塑性体应变的影响。气相方程的建立利用了Boyle定律和Henry定律,给出了受固相和液相变形影响的气相方程。最后建立了非饱和土弹塑性增量方程。利用已有的试验数据对模型进行了验证,并将考虑气相影响与未考虑气相影响的预测结果进行了对比。     

Modeling the stress versus settlement behavior of shallow foundations in unsaturated cohesive soils extending the modified total stress approach

The mechanical behavior of unsaturated soils can be interpreted using either modified total stress or a modified effective stress approach depending on the type of soils and various scenarios of drainage conditions of pore-water and pore-air. Recent studies suggest that the bearing capacity of unsaturated cohesive soils can be more reliably estimated using the modified total stress approach (MTSA) rather than the modified effective stress approach (MESA). In the present study, a modeling technique (extending Finite Element Analysis, FEA) is proposed to estimate the bearing capacity of shallow foundations in unsaturated cohesive soils by simulating the vertical stress versus surface settlement behaviors of shallow foundations extending the MTSA. The proposed technique is verified with the model footing test results in unsaturated cohesive soils. Commercial finite element software, SIGMA/W (GeoStudio 2012, Geo-Slope Int. Ltd.) is used for this study. Details of estimating the unsaturated soil parameters (i.e. total cohesion, modulus of elasticity and Poisson’s ratio) required for the FEA are also presented taking account of the influence of matric suction. Good agreements were observed between the measured bearing capacity values and those from the FEA extending the MTSA.     

考虑中间主应力的非饱和土上埋式涵洞竖向土压力公式

基于非饱和土的平面应变抗剪强度公式,考虑中间主应力和基质吸力的共同影响,分别建立了均匀与线性2种吸力分布下非饱和土上埋式涵洞的竖向土压力公式,并对其进行可比性分析,对比文献数值模拟和模型试验进行正确性验证,最后探讨了各参数的影响特性。研究结果表明:所建立的上埋式涵洞竖向土压力公式为系列化的有序解析解,可退化为文献已有解答并包含众多新解答,并能计算涵顶上方不同高度处的竖向土压力,工程应用前景广泛; 基质吸力对涵顶竖向土压力具有重要影响,且线性吸力影响不如均布吸力明显,应考虑回填土的非饱和特性并实测吸力分布; 中间主应力效应随基质吸力和填土高度的增大而更加显著,同时均布吸力下中间主应力效应较明显,应合理选取强度准则以反映回填土强度的中间主应力作用; 等沉面高度与回填土物理力学性质、中间主应力效应、基质吸力及分布形式等有关; 基质吸力及其分布影响、中间主应力效应均与填土高度密切相关,体现了多因素对涵顶竖向土压力的综合影响。