非饱和黄土的结构强度与抗剪强度

目录1概述2非饱和土基本特性3应力状态变量3.1吸力3.2有效应力3.3应力状态变量.4强度理论4.1Mohr一Coulomb准则4.2非饱和土的破坏准则4.3非饱和土抗剪强度公式的讨论5变形特性岩土工程中的非饱和土比比皆是，主要是自然干燥土和压实土。

在地基工程、边坡工程和洞室工程中尤为常见，因此研究非饱和土的性质实属必要。

非饱和土力学涉及的一系列工程，如土坝的建造与运行、环境条件变化情况下的天然土坡、竖直挖方的边坡稳定、膨胀土造成的地面隆起及湿陷性土中的许多实际问题，均要对土的渗流、体变和抗剪强度特性有所了解才能解决。

非饱和土是由固相、液相和气相组成的复合介质，其性质远比饱和土复杂。

目前对非饱和土的研究还停留在初步阶段，对非饱和土力学涉及的实际问题还缺乏建立在非饱和土三相特性基础之上的严密理论和正确解决方案。

非饱和土分布广，并且应用广，但对其特性研究不足的矛盾使得对非饱和土问题的解决成为日益紧迫的研究课题。

1 概述1936年召开的第一届国际土力学和基础工程会议为建立饱和土力学的原理和公式提供了论坛，这些原理和公式在随后几十年的研究工作中始终起着关键性的作用。

在同一会议上讨论了有关非饱和土性状的许多论文，但遗憾的是没有出现适用于非饱和土的类似的原理和公式。

随后的岁月非饱和土理论发展缓慢（Fredlund,1979），一直到50年代后期，解释非饱和土性状的若干概念才在英国帝国大学建立起来（Bishop,1959）。

20世纪60年代前，非饱和土力学研究的主要特点是以毛细作用为主要研究内容。

在30年代进行大规模城市建设的时候，兴建了大量与城市建设有关的灌溉工程和交通工程，使工程师感到困难的就是地下水位以上土体中水的流动问题。

他们使用了毛细作用来描述水从地下水位向上的流动，以后对土中毛细水流动的研究至少长达20年。

在1936年的国际会议上，Ostashev 提出了两篇有关土中毛细作用的论文，他指出了土中存在毛细作用；Boulichev 介绍了计算毛细水压力和毛细水高度的方法。

非饱和黄土的强度特征及其边坡稳定性分析的开题报告
1. 研究背景
非饱和黄土是一种重要的地质工程材料，广泛应用于各种土木工程中，如基础、边坡、道路等。

然而，由于其含水量变化对强度特征和稳定性的影响很大，因此如何准确地评估非饱和黄土的强度特征和边坡稳定性成为了一个基础而重要的问题。

2. 研究目的
本研究旨在探究非饱和黄土的强度特征，如摩擦角、剪切强度、压缩模量等，并根据这些特征对边坡稳定性进行分析和评估，为实际工程中的土木工程师提供参考和指导。

3. 研究内容
（1）研究非饱和黄土的水分状态对其强度特征的影响，包括干燥状态、饱和状态、非饱和状态下的摩擦角、剪切强度、抗压强度等指标的变化规律。

（2）探究非饱和黄土的压缩性质，如压缩模量、压缩指数等指标的变化规律。

（3）分析非饱和黄土边坡的稳定性，并建立稳定性分析模型，考虑场地的实际情况，如边坡高度、坡面坡度、土体倾角、降雨和地震等外部因素对边坡稳定性的影响。

4. 研究方法
（1）室内试验，通过常规试验、直剪试验、压缩试验等方法研究非饱和黄土的强度特征和压缩性质。

（2）采用有限元软件进行数值分析，建立非饱和黄土边坡稳定性分析模型，并考虑实际场地情况，进行模拟分析。

5. 研究意义
（1）深入探究非饱和黄土的强度特征和压缩性质，为工程设计和施工提供基础数据和准确的参数。

（2）建立非饱和黄土边坡稳定性分析模型，为土木工程师提供可靠的风险评估和边坡设计依据。

（3）对工程实际应用具有重要的参考和指导价值。

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析一、引言在地质工程中，土质边坡的稳定性是一个重要的研究领域。

尤其是在非饱和到饱和状态变化的过程中，土的物理力学性质会发生显著改变，进而影响边坡的稳定性。

本文将深入分析这一变化过程中土质边坡的稳定性问题，为地质工程提供理论依据和实践指导。

二、非饱和状态下的土质边坡稳定性在非饱和状态下，土的强度和稳定性主要取决于土的抗剪强度。

非饱和土的抗剪强度受多种因素影响，如土的粒度分布、结构特性、含水率以及外部荷载等。

在非饱和状态下，土的抗剪强度随着含水率的增加而逐渐降低，但当含水率达到一定阈值时，土的强度会突然降低，导致边坡失稳。

三、饱和状态下的土质边坡稳定性当土体进入饱和状态时，土的物理力学性质将发生显著变化。

在饱和状态下，土的抗剪强度主要由孔隙水压力决定，而孔隙水压力的大小与土的渗透性、外部荷载以及边界条件等因素有关。

在饱和状态下，边坡的稳定性受多种因素影响，如土的渗透性、饱和度、以及地下水位等。

四、非饱和到饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和到饱和状态的变化过程中，土的物理力学性质将发生连续变化。

这种变化将直接影响边坡的稳定性。

一方面，随着含水率的增加，土的抗剪强度逐渐降低；另一方面，饱和状态下土的渗透性增强，可能导致边坡内部产生较大的孔隙水压力，从而降低边坡的稳定性。

此外，地下水位的变化也会对边坡的稳定性产生影响。

五、分析方法与模型为了分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，需要采用合适的分析方法和模型。

目前常用的方法包括极限平衡法、有限元法、离散元法等。

这些方法可以有效地模拟土质边坡在非饱和和饱和状态下的应力-应变关系以及变形过程。

同时，还需要考虑土的渗透性、含水率、地下水位等因素对边坡稳定性的影响。

六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过现场试验和数值模拟等方法，分析该边坡在非饱和和饱和状态下的稳定性。

非饱和土抗剪强度公式分类及总结张常光;赵均海;朱倩【摘要】The shear strength formulae for unsaturated soils were divided into five categories, such as using soil-water characteristic curve, mathematical fitting, piecewise functions, total stress indicators and other forms. Characteristics and deficiencies of the current research on shear strength formulae for unsaturated soils were analyzed. The results show that some differences in mechanical significance exist between shear strength formulae based on the effective stress and shear strength formulae based on the two-stress state variables. Different expressions of suction strength lead to diversities of the shear strength formulae. True triaxial tests of unsaturated soils are urgent need to be carried out and strength theory of unsaturated soils satisfying the actual engineering stress conditions is to be established in order to improve the theoretical basis of unsaturated soils and accelerate the process of engineering applications.%将众多非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类,分析了当前非饱和土抗剪强度公式的特点及研究不足.结果表明:有效应力抗剪强度公式和双应力状态变量抗剪强度公式的力学本质不同,吸附强度表达式的不同导致了抗剪强度公式的多样性,急需加强非饱和土真三轴试验研究,建立符合工程实际受力状况的非饱和土强度理论,完善非饱和土的理论基础,并加快非饱和土强度理论的工程实践与应用进程.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】9页(P74-82)【关键词】非饱和土;基质吸力;抗剪强度公式;真三轴试验【作者】张常光;赵均海;朱倩【作者单位】长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061;长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061;长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061【正文语种】中文【中图分类】TU4320 引言非饱和土分布十分广泛，与工程实践密切联系的地表土几乎全都是非饱和土［1］。

“非饱和土抗剪强度”资料合集目录一、含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响二、基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响三、非饱和土抗剪强度理论的研究进展四、非饱和土抗剪强度公式分类及总结含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响土壤力学是研究土壤力学性质及其应用的学科，在工程建设、土地资源开发及生态环境保护等领域具有重要意义。

其中，非饱和土抗剪强度和单桩承载力是土壤力学中的重要参数，而含水量是影响这些参数的重要因素之一。

本文将探讨含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响，为相关工程实践提供理论指导。

非饱和土抗剪强度是指土壤在非饱和状态下的抗剪切能力，其影响因素包括含水量、孔隙比、颗粒级配、矿物成分等。

其中，含水量是影响非饱和土抗剪强度的重要因素之一。

含水量增加会导致土壤颗粒之间的摩擦力和粘聚力降低，从而减弱土壤的抗剪强度。

反之，含水量减少则会使土壤颗粒之间的相互作用增强，从而提高土壤的抗剪强度。

单桩承载力是指单根桩柱在土体中的承载能力，其影响因素包括桩身材料、桩身形状、桩径、桩长、土体性质等。

其中，土体性质是影响单桩承载力的关键因素之一。

含水量增加会导致土体软化，降低土体的承载能力，从而影响单桩承载力。

反之，含水量减少则会使土体强度增加，提高土体的承载能力，从而增强单桩承载力。

为了探讨含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响，我们设计了一系列实验。

我们选取了具有不同含水量的非饱和土样，测定其抗剪强度。

然后，我们采用相同的实验方法，对不同含水量的土样进行单桩承载力测试。

在实验过程中，我们控制了其他影响因素相同，以保证实验结果的可靠性。

经过实验测定，我们获得了不同含水量下非饱和土抗剪强度和单桩承载力的数据。

通过数据处理和趋势分析，我们发现含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响具有以下规律：随着含水量的增加，非饱和土抗剪强度逐渐降低；在一定含水量范围内，非饱和土抗剪强度和单桩承载力与含水量呈线性关系；当含水量超过一定阈值时，非饱和土抗剪强度和单桩承载力下降速度加快。

《山西非饱和黄土抗剪强度及土水特征曲线室内试验研究》篇一一、引言山西省作为中国典型的黄土高原地区，其非饱和黄土的力学特性对于工程建设和地质灾害防控具有重大意义。

本文通过室内试验的方法，重点研究山西非饱和黄土的抗剪强度及其土水特征曲线，旨在为相关工程实践提供理论依据。

二、试验材料与方法1. 试验材料试验所使用的黄土取自山西省某地区，具有典型的非饱和黄土特征。

2. 试验方法（1）抗剪强度试验：采用直剪试验法，通过改变垂直压力，测定黄土在不同含水率下的抗剪强度。

（2）土水特征曲线试验：采用压力板法，测定黄土在不同含水率下的基质吸力，绘制土水特征曲线。

三、抗剪强度试验结果与分析1. 抗剪强度随垂直压力变化试验结果显示，非饱和黄土的抗剪强度随垂直压力的增大而增大。

在低垂直压力下，抗剪强度增长较快；随着垂直压力的增大，抗剪强度增长速度逐渐减缓。

2. 抗剪强度随含水率变化含水率对非饱和黄土的抗剪强度有显著影响。

随着含水率的增加，非饱和黄土的抗剪强度先增大后减小，存在一个最优含水率，使得抗剪强度达到最大。

四、土水特征曲线试验结果与分析1. 基质吸力与含水率关系通过土水特征曲线试验，得到基质吸力与含水率之间的关系。

随着含水率的增加，基质吸力逐渐减小；当含水率达到一定值时，基质吸力趋于稳定。

2. 土水特征曲线形态分析土水特征曲线呈现出明显的滞回性，表明非饱和黄土的吸力和释水过程存在明显的能量损失。

滞回环的大小与黄土的颗粒组成、结构性质等因素有关。

五、结论本文通过室内试验研究了山西非饱和黄土的抗剪强度及土水特征曲线，得到以下结论：1. 非饱和黄土的抗剪强度随垂直压力的增大而增大，存在一个最优含水率使得抗剪强度达到最大。

2. 基质吸力与含水率之间呈负相关关系，土水特征曲线呈现出明显的滞回性。

3. 本研究为山西地区及类似黄土地区的工程建设和地质灾害防控提供了重要的理论依据。

在实际工程中，应根据黄土的力学特性，合理设计工程结构，以保障工程的安全与稳定。

浅析非饱和黄土的力学特性【摘要】本文针对黄土作为典型的非饱和土，着重讨论了吸力和抗剪强度的研究现状以及存在的问题，对新世纪我国黄土力学特性的研究提出了发展方向。

【关键词】黄土；非饱和土；吸力；抗剪强度Analysis on the mechanical properties of unsaturated loessLiu Ling(1.Jilin university Changchun Jilin 130000；2.Construction engineering college in Jilin building decorate college Changchun Jilin 130000)【Abstract】Then as a typical loess unsaturated soils, focused on the research suction, module and the current situation and problems in this article.In the new century, the way was proposed tha t China’s Loess study on the mechanical characteristics of the development.【Key words】Loess；Unsaturated soils；Suction；Shear strength1. 前言半个世纪以来，黄土对水的特殊敏感性及其在黄土变形、强度和本够关系等力学特性上所表现出来的影响规律一直是黄土力学特性研究的中心。

非饱和黄土结构性上的不同及其变化是其湿陷的主要原因，与黄土工程灾害及相关的环境灾害密切相关，从工程意义来说，黄土的特殊工程性质最主要的是它的力学性质，作为非饱和土，黄土具有明显不同于饱和软粘土的力学性质。

因此，当含水率发生变化时，黄土相应的力学性能所发生的变化将成为黄土力学发展的关键。

应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律研究应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律研究摘要：本文通过对饱和和非饱和黄土在不同应变速率下进行单轴抗剪试验，研究了应变速率对其抗剪强度的影响规律。

结果表明，应变速率对饱和—非饱和黄土的抗剪强度具有明显影响，且影响程度与饱和度和含水率有密切关系。

在低应变速率下，饱和黄土的抗剪强度较高，而非饱和黄土的抗剪强度较低。

随着应变速率的增加，饱和黄土的抗剪强度逐渐减小，而非饱和黄土的抗剪强度则逐渐增加。

并且，在较高应变速率下，饱和黄土和非饱和黄土的抗剪强度差距逐渐缩小。

关键词：应变速率；饱和—非饱和黄土；抗剪强度；影响规律1. 引言饱和—非饱和黄土是岩土工程中常见的土壤类型之一，研究其基本力学性质对于工程设计和施工具有重要意义。

应变速率是描述变形过程中应变变化的速率，属于实际工程中常见的变量之一。

然而，迄今为止，应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律尚未得到全面研究和理解。

2. 实验方法2.1 实验样品制备选取具有代表性的饱和和非饱和黄土样品，并通过常规方法进行样品制备，保证其质量和一致性。

2.2 单轴抗剪试验在实验设备上进行单轴抗剪试验，选取不同应变速率进行加载。

对于饱和黄土，设置不同水位以控制饱和度；对于非饱和黄土，根据不同条件控制其含水率。

3. 实验结果与分析3.1 饱和黄土的抗剪强度在低应变速率下，饱和黄土具有较高的抗剪强度，随应变速率的增加，其抗剪强度逐渐减小。

实验结果显示，当应变速率较小时，黄土颗粒更容易获得良好的排列状态，从而提高抗剪强度。

而当应变速率较高时，黄土颗粒之间的相互作用时间较短，排列不够紧密，导致抗剪强度下降。

3.2 非饱和黄土的抗剪强度与饱和黄土相比，非饱和黄土在低应变速率下具有较低的抗剪强度，随着应变速率的增加，其抗剪强度逐渐增加。

这是因为非饱和黄土在较低应变速率下，水分含量较高，容易产生液化现象，导致抗剪强度下降。

而当应变速率较高时，黄土中水分排出较快，颗粒间的接触面较大，从而增加了抗剪强度。

黄土非饱和增湿变形特性研究黄土非饱和增湿变形特性研究引言：黄土是一种常见的土壤类型，在土木工程中广泛应用。

然而，黄土是一种非饱和土，在存在水分变化时会表现出特殊的力学行为。

因此，研究黄土非饱和增湿变形特性对于土木工程设计和施工至关重要。

本文将重点探讨黄土非饱和状态下的增湿变形特性，为实际工程提供参考和指导。

一、黄土介绍黄土是一种以粘土矿物质为主要成分的沉积物，在地质历史漫长的过程中形成。

其颗粒较细，颜色多为黄色或棕色，黄土的物理特性和力学性质受到含水量的显著影响。

二、黄土非饱和状态下的力学行为1. 介观结构特征：黄土非饱和状态下，其微观结构会发生变化。

当水分含量低于饱和时，黄土中的粘土矿物质形成颗粒间的吸力作用，使其颗粒间距增大，导致土体稳定。

2. 薄弱面的生成：非饱和黄土中的水分含量变化会引起颗粒间接触力的变化，进而导致薄弱面的生成。

这些薄弱面在黄土工程实践中可能会导致土体的破坏和变形。

3. 液化变形风险：非饱和黄土在承受一定荷载时，由于水分变化可能会发生液化。

这种液化现象会导致土体的强度明显降低，从而对工程结构的安全性构成威胁。

三、黄土非饱和状态下的增湿变形特性1. 吸力-含水量关系：黄土在非饱和状态下的吸力与含水量之间存在一定的关系。

随着含水量的增加，吸力逐渐降低。

了解这种关系有助于预测土体的力学性质和变形行为。

2. 含水量变化对变形的影响：黄土在增湿过程中会发生压缩变形。

随着含水量的增加，土体的压缩变形逐渐减小。

这种变形行为对工程设计中的沉降预测和变形控制具有重要意义。

3. 液化抗性：黄土在增湿过程中，由于吸力的降低，液化抗性也随之提高。

这意味着在适当增湿条件下，黄土的液化风险可以降低。

四、黄土非饱和增湿变形特性的实验研究1. 荷载-变形试验：通过对不同黄土样品进行荷载-变形试验，可以得到在非饱和状态下黄土的力学响应和变形特性。

这些试验结果有助于理解黄土非饱和状态下的工程行为。

2. 吸力-含水量试验：通过测量不同含水量条件下的吸力值，可以得到吸力-含水量关系曲线，以更好地了解吸力对黄土力学性质的影响。

黄土填料力学控制指标研究由于黄土所具有的高孔隙率、强结构性、欠压密性和强湿陷性等特点，因此，在工程设计和施工过程中，黄土的各项强度指标的合理选取和使用显得尤为重要，这里对常见的几项指标作简要的分析并从中选出适合于黄土地区路堤填料的力学控制指标。

黄土的主要力学性质包括剪切特性、压缩变形特性、渗透特性和动力特性等。

其中对路基工程较为重要的力学性能指标主要有抗剪强度、压缩模量、无侧限抗压强度和CBR值等。

一、抗剪强度抗剪强度是影响土体稳定性的重要因素，根据库仑摩擦定律，抗剪强度主要由内聚力C和内摩擦力σtgϕ组成。

根据H·R捷尼索夫的意见，黄土及黄土状土的内聚力由土粒间分子间形成的原始内聚力和颗粒间的胶结物质形成的加固内聚力组成。

原始内聚力与土的密实度有关，加固内聚力与土粒的矿物成分、形成条件和胶结物质的性质有关。

当土所处的环境和条件改变时,如压力或湿度增减和盐分溶滤时，其值将会减小或完全消失。

黄土颗粒间的胶结物质一般为石膏、碳酸盐类等，耐水性差，当湿度增加时其强度（粘结力）有显著降低。

但在低湿度和不扰动结构情况下仍有较高的强度。

在饱水情况下其原始和加固内聚力有显著降低，在最佳含水情况下击实强度最高，其主要原因为击实密度增大，使其摩擦力与内聚力均有很大提高。

黄土工程中，对黄土的强度指标C、ϕ值的确定与一般粘性土的测试方法相同，根据工程的实际受力和排水情况，通过直剪仪或三轴仪进行原结构或击实情况(扰动土)的饱和不固结不排水剪切（UU）、固结不排水剪切（CU）和固结排水剪切（CD）以及非饱和土的（UU）、（CU）或（CD）剪切试验确定。

1、不固结不排水剪切（UU）饱和土原结构不固结不排水剪切简称不排水剪切，试验时无论在固结阶段或剪切阶段均将排水阀门关闭加压，不让土体压密固结，孔压不消散，在整个试验过程中，土样的孔隙比e和含水量ω均保持不变，不论试件上所加的围压力σ3多大，破坏时土的抗剪强度和有效应力都相同，极限应力圆的直径（σ1 -σ3）相等，因此抗剪强度包线为公切于应力圆的水平线，uϕ=0，粘结力u C=1/2（σ1 -σ3），称为不排水强度，如图2-1所示。

非饱和黄土的抗拉特性研究作者：袁志辉倪万魁王衍汇来源：《南水北调与水利科技》2015年第01期摘要：采用劈裂法试验获得了非饱和原状黄土的抗拉强度，并用滤纸法对劈裂破坏后的黄土试样进行了基质吸力的测定，分析了含水率和基质吸力对抗拉强度的影响，同时探讨了抗拉强度与粘聚力的关系。

试验结果表明：非饱和原状黄土的抗拉强度很小，抗拉强度随含水率的增大而减小，基本为负的指数函数关系;抗拉强度随基质吸力的增大而增大，两者之间呈幂函数关系;当土体含水率小于缩限时，抗拉强度的增大幅度远远小于基质吸力;抗拉强度随粘聚力的增大而增大，两者之间为良好的线性关系，此种线性关系应是土体的固有性质。

关键词：劈裂法;抗拉强度;滤纸法;基质吸力;指数函数;幂函数;线性关系中图分类号：TU432文献标志码：A文章编号：1672-1683（2015）01-0123-04Property of tensile strength of unsaturated loessYUAN Zhi-hui，NI Wan-kui，WANG Yan-hui（College of Geology Engineering and Geomatics，Chang’an University，Xi’an 710054，China）Abstract：The tensile strength of unsaturated natural loess was determined by the splitting method.The matric suction of loess sample after fracturing was measured using the filter paper method.The effects of water content and matric suction on the tensile strength were analyzed and the relationship between the tensile strength and cohesion was discussed.The results showed the tensile strength of unsaturated natural loess is very small and it decreases with the increasing of water content in a negative exponential function;the tensile strength increases with the increasing of matric suction in a power function;the increasing rate of tensile strength is far less than that of matric suction when water content is less than shrinkage limit of soil sample;and the tensile strength increases with the increasing of cohesion in a good linear relationship，and this relationship is the intrinsic characteristic of natural loess.Key words：splitting method;tensile strength;filter paper method;matric suction;exponential function;power function;linear relationship越来越多的研究者证实土坡的破坏和土工建筑物的破坏都与土体的抗拉强度有关。

非饱和重塑黄土的力学特性研究非饱和黄土的强度特性比一般的粘性土更为复杂，其强度是黄土抗剪能力的量度，同时也是黄土边坡工程、地基工程和洞室工程设计计算的重要参数。

文中以陕西杨凌地区的黄土为对象，通过三轴不固结不排水实验研究不同围压、不同干密度对非饱和重塑黄土强度特性的影响。

依据实验所得的数据，确定每组土样的强度指标c、φ 值，找出土样的抗剪强度随干密度的变化规律。

标签：非饱和黄土；常规三轴试验；含水率；干密度1、研究背景和意义黄土在我国分布较广，主要分布在黄河流域，是一种区域性特殊土，分布面积大约占国土面积的 6.6%。

黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物，覆盖了我国西北、华北等地区64万km2的疆土。

位于西北地区的杨凌黄土，在干旱、半干旱及地下水深埋条件下，通常处于非饱和状态。

近几年来，包括国内外许多学者已经在非饱和土理论研究方面取得了比较大的进展。

从黄土的主要工程力学性质：渗透性、动力特性、压缩变形特性和黄土剪切强度特性等方面做了大量研究，取得了一定的成果。

但是，正如沈珠江院士指出的“非饱和土力学的发展已经到了从量的积累到质的飞跃的关键时刻”。

非饱和土理论的不断发展为解决非饱和黄土的工程问题也开辟了一条新的途径。

目前，关于非饱和土的强度理论与本构模型是研究非饱和土力学的难点，至今对黄土动力特性研究的主题仍然是土的动力学的三大基本课题，即为黄土的震陷与动变形，黄土的动强度与液化和黄土的动应力-应变关系（含动力特性参数）问题。

2、研究思路及内容采用常规三轴剪切试验，对陕西省杨凌区黄土采用不固结不排水方法（UU）进行抗剪强度的研究。

分别控制重塑黄土的含水率和干密度ρd，研究其抗剪强度的变化规律。

初步拟定土样含水率为13%，干密度ρd为1.3g/cm3、1.4 g/cm3、1.5 g/cm3、1.6 g/cm3的土样。

共4组，每组3个土样，每组土样施加的围压为100kPa、200kPa、300kPa，剪切速率为0.18mm/min。

水利水电技术(中英文)㊀第52卷㊀2021年第1期童国庆,张吾渝,文少杰,等.非饱和原状黄土强度特性试验研究[J].水利水电技术(中英文),2021,52(1):191-200.TONG Guoqing,ZHANG Wuyu,WEN Shaojie,et al.Experimental study on strength characteristics of unsaturated and undisturbed loess[J].Water Resources and Hydropower Engineering,2021,52(1):191-200.非饱和原状黄土强度特性试验研究童国庆1,2,张吾渝1,2,文少杰1,2,苏延桂1,2(1.青海大学土木工程学院,青海西宁㊀810016;2.青海省建筑节能材料与工程安全重点实验室,青海西宁㊀810016)摘㊀要:为了探究非饱和原状黄土在快速施工条件下,不同含水率㊁剪切速率和围压对其强度特性的影响,进行了UU 三轴剪切试验㊂试验结果表明:试样的体积含水率在脱湿和吸湿过程中均随着基质吸力的增大而减小㊂当剪切速率达到1.5mm /min 时,3种含水率试样的黏聚力分别达到各自的峰值43.2kPa ㊁40.6kPa 和38.7kPa ,当剪切速率小于此值时黏聚力随着剪切速率的增大而增大㊂剪切速率达到3mm /min 时,黏聚力分别降为31.8kPa ㊁21.2kPa 和19.6kPa ;在剪切速率仅为0.5mm /min 时,3种含水率下试样的内摩擦角分别为27.5ʎ㊁27.3ʎ和27.6ʎ㊂而后,随着剪切速率的增大内摩擦角逐渐减小,降幅分别为1.6ʎ㊁1.3ʎ㊁1.8ʎ;试样的黏聚力随着剪切速率的增大表现为先增大后减小,而内摩擦角随着剪切速率的增大逐渐减小㊂随着含水率的增大,试样的黏聚力明显减小,但含水率对内摩擦角影响甚微㊂原状黄土的应力-应变曲线㊁抗剪强度与剪切速率之间是二次函数关系,存在临界剪切速率;与含水率之间呈负相关性,含水率的增大对土体强度具有软化作用;与围压之间呈单向递增函数关系,围压的增大对土体强度具有强化作用㊂关键词:含水率;剪切速率;土-水特征曲线;应力-应变曲线;抗剪强度指标;破坏强度;影响因素;试验doi :10.13928/ki.wrahe.2021.01.020开放科学(资源服务)标志码(OSID ):中图分类号:TU411文献标志码:A文章编号:1000-0860(2021)01-0191-10收稿日期:2019-11-28基金项目:国家自然科学基金项目(51768060);青海省创新服务平台建设专项(2018-ZJ-T01);青海省科技计划项目(2017-ZJ-792)作者简介:童国庆(1996 ),男,硕士研究生,从事岩土及地下工程研究㊂E-mail:2514282873@ 通信作者:张吾渝(1969 ),女,教授,硕士,从事岩土及地下工程研究㊂E-mail:qdzwy@Experimental study on strength characteristics of unsaturated and undisturbed loessTONG Guoqing1,2,ZHANG Wuyu1,2,WEN Shaojie1,2,SU Yangui1,2(1.School of Civil Engineering,Qinghai University,Xining㊀810016,Qinghai,China;2.Qinghai Provincial KeyLaboratory of Energy-saving Building Materials and Engineering Safety,Xining㊀810016,Qinghai,China)Abstract :In order to explore the impacts from different water contents,shearing rates and confining pressures on the strength ofunsaturated and undisturbed loess under the condition of rapid construction,a UU triaxial shear test is performed.The resultshows that the volumetric water contents of the sample during both the dewetting and moisture absorption processes are decreasedalong with the increase of the matrix suction.When the shearing rate reaches 1.5mm /min,the cohesions of the soil samples with three water contents reach to their peak values respectively,i.e.43.2kPa㊁40.6kPa and 38.7kPa,while the cohesion is in-creased along with the increase of the shearing rate when the shearing rate is less than this value.When the shearing rate reaches童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究3mm/min,the cohesions are decreased by31.8kPa㊁21.2kPa and19.6kPa respectively,while the internal friction angles of the samples with three water contents are27.5ʎ,27.3ʎ,and27.6ʎrespectively when the shearing rate is only0.5mm/min.Afterwards,the internal friction angles are gradually decreased with the decreasing amplitudes of1.6ʎ,1.3ʎ,1.8ʎalong with the increase of the shearing rate,while the cohesions of the samples present as increasing at first and then decreasing,but the in-ternal friction angles are gradually decreased along with the increase of the shearing rate.following with the increase of the water content,the cohesion of the sample is obviously decreased,but the impact from the water content on the internal friction angle is very little.For the stress-strain curve and shearing strength of the undisturbed loess,they have a quadratic function relationship with the shearing rate,for which a critical shear rate is there,and exhibit a negative correlation with the water content,for which the increase of the water content has a softening effect on the strength of the soil mass,moreover,present a one-way increasing function relationship with the confining pressure as well.Keywords:water content;shearing rate;soil-water characteristic curve;stress-strain curve;shearing strength index;failure strength;influence factor;experiment0㊀引㊀言黄土古称 黄壤 ,是一种沉积于第四纪的非饱和特殊土㊂我国黄土面积约为64万km2,占国土面积6.3%,广泛分布于西北和华北地区,其中青海省境内黄土的分布面积为2.48万km2,占全国黄土分布面积的3.9%[1]㊂全球大量的黄土颗粒组成资料表明,黄土以0.01~0.05mm的中粒和粗粉粒为主,我国湿陷性黄土中粗粉粒的含量一般为45%~65%,细粉粒含量只有7%~9%,由于黄土质地松疏㊁不具层理㊁大孔隙结构㊁垂直节理发育,具有典型的非饱和性和湿陷性,这是黄土区别于其他类别土的一个重要特征[2]㊂随着国家 一带一路 战略的实施,加快了黄土地区基础设施建设的进程㊂青海湿陷性黄土的总面积位于全国首位,向来以自重湿陷性强㊁自重湿陷量大(约3.1m)㊁自重湿陷性土层厚(约31m)而著称[2]㊂基于黄土以上特点与性质,国外不少学者对黄土的力学性质进行了研究,TAVA-KOLI等[3]为预测非饱和土的抗剪强度,在三轴吸力控制仪上对试样进行剪切,在净围压应力下测量了试样的剪切应力㊂得出了非饱和黄土在干湿状态下的剪切强度特性,确定了非饱和黄土的有效内摩擦角和黏聚力值㊂CHEN等[4]进行了非饱和黄土的剪切强度测定,得出了非饱和黄土基质吸力对其抗剪强度的影响,提出了一种测定非饱和黄土抗剪强度的新途径㊂BIAN等[5]进行了基于饱和土的非饱和抗剪强度试验研究,把非饱和土的剪切强度指标分成两部分:一是饱和土的剪切强度指标,二是含水率对非饱和土剪切强度指标的影响,研究了含水率对非饱和土强度指标的影响并提出计算公式㊂国内学者刘海松等[6]分析了黄土的结构强度与湿陷性之间的关系,提出黄土湿陷性是黄土结构强度非常直接的影响因素,天然含水率越大,黄土的结构强度越小,其湿陷系数也就越小㊂肖丁等[7]㊁邢艳丽等[8]研究认为,含水率与原状和重塑黄土的黏聚力c之间具有指数关系,黏聚力c随着含水率的增大而减小㊂还有学者通过对不同剪切速率和含水率原状黄土进行了室内剪切试验㊂潘明等[9]对不同剪切速率㊁含水率下原状黄土的强度特性及指标进行了室内直剪试验㊂得出了含水率和剪切速率的改变对原状黄土的强度特性具有重要影响㊂刘红玫等[10]对青海黄土进行了常规三轴试验研究,得出了非饱和黄土的强度随着含水率的增加而降低,剪切速率对土体的静强度影响很小㊂党进谦等[11]为探究结构性黄土的力学特性规律进行了三轴CU试验,得出了结构性黄土的剪切强度指标:黏聚力c随着剪切速率的增大呈现先增后减的规律,而内摩擦角φ随着剪切速率的增大而减小㊂杨小平等[12]为研究剪切速率对结构性黄土力学特性的影响,以原状黄土为研究对象进行了不同含水率和剪切速率下的三轴CU试验,得出了随着剪切速率的增大,原状黄土抗剪强度和黏聚力c出现先增后减的规律;内摩擦角φ随着剪切速率的增加而逐渐减小㊂邓亚虹等[13]为研究荷载施加速率对土体变形与强度特性的影响,进行了不同围压和含水率下的原状㊁重塑黄土加载速率效应三轴CU试验,得出了加载速率对黄土的应力-应变曲线具有明显影响,同时在加载速率的影响下剪切强度存在临界值㊂阚卫明等[14]对粉质黏土进行了固结快剪试验,得出了剪切速率对内摩擦角的影响较大,剪切速率与内摩擦角之间呈负相关性㊂童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究以上学者对黄土在不同条件下的力学性质开展了大量研究,并取得了一定成果,为当地工程建设提供一定的理论指导㊂众所周知,若土体参数不明确,随着工程建设的深入,施工过程中出现的问题如果不能准确应对,严重时将会导致工程事故的发生㊂而以上研究主要对陕西,山西等地区的黄土仅进行了三轴试验并且缺乏细观结构分析,对青海地区黄土的研究无论是从深度还是广度方面都非常缺乏㊂青海属于大陆性高原气候,独特的气候条件使得黄土含水率较低,同时西宁市每年存在不同时段的降水与干旱,使得工程土方的含水率不同,其土体的力学性质存在差异;其次在实际施工过程中,除了要考虑施工安全性还要充分考虑工程经济性,而工程经济性主要取决于施工进度,土体的开挖与回填速度直接影响到施工工期㊂为了探究西宁地区原状黄土在施工进度较快情况下的强度特性规律,开展了不同含水率㊁剪切速率和围压下三轴UU 剪切试验,分析了黄土的基质吸力与含水率的关系,解释了宏观力学性质和微观结构之间的相互关系,进一步完善该地区土体在地基工程㊁边坡工程及地下工程的设计和建设参数,以期为当地工程建设提供相应理论依据㊂1㊀试验过程1.1㊀试样基本物理性质黄土的物理力学性质是指黄土的三相比例关系和物理状态特征[2]㊂对构成黄土的基本物理性质进行准确描述是研究其力学性质的基础㊂本试验所用试样取自西宁市城北区某场地(见图1),取样深度为4.5m,对所取试验试样进行室内基本物理性质试验,所得试样基本物理性质指标如表1所列㊂图1㊀取样点平面位置Fig.1㊀Plane position of sampling point表1㊀试样基本物理性质指标Table 1㊀Basic physical properties of soil samples含水率/%密度/g㊃cm -3比重G s 孔隙比e 液限/%塑限/%13.31.52.730.8825.1314.431.2㊀试验仪器与方案1.2.1㊀试验仪器本试验采用南京土壤仪器有限公司生产的SLB -1型应力-应变控制式三轴剪切渗透仪进行三轴不固结不排水(UU)剪切试验㊂如图2所示,该仪器最大荷载20kN,测量精度ʃ1%;等应变控制速率范围为0.002~4mm /min,相对误差ʃ10%;周围压力(σ3)为0~1.99MPa,反压力为0~0.99MPa,控制精度为ʃ0.5%FS ,可以进行UU㊁CU㊁CD㊁反压力饱和㊁不等向固结㊁等向固结㊁K 0试验㊁应力路径试验和渗透试验,在试验过程中,电脑可实时绘制应力-应变曲线,并保存数据以备后续分析㊂图2㊀SLB -1型应力-应变控制式三轴剪切渗透仪Fig.2㊀SLB-1stress-strain controlled triaxial shearpermeability instrument采用GEO-Experts 应力相关的土水特征曲线压力板仪,研究一定竖向压力下土体与水分之间的物理关系㊂1.2.2㊀试验方案考虑到不同状态下原状黄土力学性质差异和实际工程中可能涉及的剪切速率以及试验仪器限制等因素,试验过程中采用5种剪切速率(0.5mm /min㊁1mm /min㊁1.5mm /min㊁2mm /min㊁3mm /min ),根据所测黄土试样的天然含水率,设定3种含水率(10%㊁13%㊁16%),同组试样含水率误差控制在ʃ0.3%以内㊂由于取土深度小于10m,根据‘土工试验方法标准“(GB /T 50123 2019)[15]中规定,预估土体周围荷载,设定3种围压(100kPa㊁200kPa㊁300kPa),每一相同含水率㊁剪切速率分别为一组,制备3个物理力学性质相同的试样,在不同条件下进童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究㊀㊀㊀图3㊀试样制备及剪切Fig.3㊀Sample preparation and cutting行平行试验㊂用压力板仪自带环刀(d =70mm,h =20mm)在取土点取回深度为4.5m 的试样,在室内将制备好的试样放入真空饱和器中抽真空,然后注入蒸馏水使饱和试样,持续时间至少2昼夜㊂当真空饱和器和试样表面无气泡冒出时试样饱和完成㊂将饱和试样放在饱和后的陶土板上,使试样与陶土板充分接触㊂压力室组装完成后,根据取土深度对试样施加55kPa 的竖向固结压力和100kPa的围压,使其恢复到实际的初始应力状态,当试样的竖向位移和测管中水体积变化微小时固结结束,保持竖向力不变,记录数据并调节仪器,对试样施加所需基质吸力,加载的每级压力达到平衡后增加下一级基质吸力,直到脱湿完成,依次施加的压力为0kPa㊁5kPa㊁10kPa㊁15kPa㊁20kPa㊁25kPa㊁40kPa㊁50kPa㊁80kPa㊁100kPa㊁140kPa㊁180kPa㊁200kPa,吸湿过程与脱湿过程相同㊂1.3㊀三轴试样制备及剪切本试验所用试样为直径d =39.1mm,h =80.0mm 的圆柱型试样,试样制备及剪切如图3所示㊂试样切削时应避免扰动,当试样侧面或上下端部有微小凹坑时,可用削下的余土进行修整,并取削下的余土测定试样含水率㊂由于试样的天然含水率介于试验方案所设置含水率之间,因此,当所设置的试样含水率小于试样天然含水率时通过风干来制备,大于试样的天然含水率通过滴定注水来制备㊂为确保试样含水率的均匀和稳定,试样制备好后用保鲜膜密封装入饱和器内,在恒温恒湿条件下静置72h 后再进行三轴剪切试验㊂待试样安装完成后,根据土工试验规程[15]设置试样剪切条件㊂试验结束后关闭周围压力阀并打开排气阀,排出压力室内的蒸馏水,拆除压力室外罩,取出试样以及试样上的橡皮膜,描述并记录试样的破坏特征㊂2㊀试验结果与分析2.1㊀试样的土水特征曲线采用压力板仪测得4.5m 深度处黄土试样的基质童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究吸力与相应的体积含水率如表2所列,土-水特征曲线如图4所示㊂表2㊀试样的基质吸力与体积含水率Table 2㊀Matrix suction and volumetric water content ofundisturbed samples基质吸力/kPa体积含水率/%脱湿过程吸湿过程051.3233.44529.1418.211019.5413.741517.2213.082015.7312.252514.5612.104013.4110.935013.0810.388012.259.9310010.939.111409.948.941808.948.142008.788.78图4㊀原状试样土-水特征曲线Fig.4㊀Soil-water characteristic curve of undisturbedsoil sample㊀㊀土水特征曲线中含水率与基质吸力之间的关系可以反映不同基质吸力时土的持水能力,体积含水率和重力含水率之间的转换关系为θ=ω㊃G s 1+e,式中,θ为体积含水率;ω为重力含水率;G s 为土粒比重;e 为孔隙比㊂㊀㊀由原状试样土-水特征曲线可知,试样的体积含水率在脱湿和吸湿过程中均随着基质吸力的增大而减小;在脱湿过程中试样内部结构和试样持水性发生变化,导致吸湿后不能恢复到初始状态,使得试样脱湿和吸湿的土-水特征曲线变化趋势相似但不重合,在同一基质吸力时,试样在脱湿过程中的体积含水率大于吸湿过程㊂2.2㊀抗剪强度指标值根据莫尔-库伦理论,绘制不固结不排水剪切强度包线:以剪切应力τ为纵坐标,法向应力σ为横坐标,由于试验过程中黄土试样的应力-应变曲线未出现峰值点,故在横坐标轴上取轴向应变ε1=15%时[15]的主应力差为试样峰值破坏点,同时以ε1=15%时的(σ1+σ3)/2为圆心,以(σ1-σ3)/2为半径,绘制破坏总应力圆,并绘制不同周围压力下破坏应力圆的强度包线,包线的倾角为内摩擦角φ,包线与纵坐标轴相交的截距为黏聚力c ,图5为三轴试验剪切强度包线㊂图5㊀三轴试验剪切强度包线Fig.5㊀Shear strength envelope of triaxial test由表3不同剪切速率和含水率下的剪切强度指标值(黏聚力c ㊁内摩擦角φ)可知:当剪切速率达到1.5mm /min 时,3种含水率试样的黏聚力分别达到各自的峰值43.2kPa㊁40.6kPa 和38.7kPa,当剪切速率小于此值时黏聚力随着剪切速率的增大而增大;剪切速率达到3mm /min 时,黏聚力分别降31.8kPa㊁21.2kPa 和19.6kPa;在剪切速率仅为0.5mm /min 时,3种含水率下内摩擦角分别为27.5ʎ㊁㊀㊀㊀表3㊀试样抗剪强度指标值Table 3㊀Shear strength index value of samples含水率/%0.5mm /min1mm /min1.5mm /min2mm /min3mm /minc /kPa φ/(ʎ)c /kPa φ/(ʎ)c /kPa φ/(ʎ)c /kPa φ/(ʎ)c /kPa φ/(ʎ)1020.627.538.626.743.226.235.326.031.825.91316.827.326.426.640.626.329.526.121.226.01614.327.624.826.538.726.125.625.919.625.8童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究27.3ʎ㊁27.6ʎ;而后随着剪切速率的增大内摩擦角逐渐减小,降幅分别为1.6ʎ㊁1.3ʎ㊁1.8ʎ㊂在相同含水率和围压下,原状试样的强度指标:黏聚力随着剪切速率的增大呈现出先增大后减小的规律且变化幅度较大,存在临界剪切速率;而内摩擦角随着剪切速率的增大而减小㊂含水率也是影响黄土强度指标的关键因素,在同一围压和剪切速率下,原状试样的强度指标:黏聚力随含水率的增大而明显降低;但含水率的改变对内摩擦角的影响甚微㊂2.3㊀应力应变曲线根据试验时所记录的数据,以主应力差(σ1-σ3)为纵坐标,以轴向应变ε1为横坐标,绘制不同剪切速率㊁含水率下主应力差(σ1-σ3)与轴向应变ε1的关系曲线,如图6至图8所示㊂由图6可知:含水率与围压的共同作用使得原状黄土的应力-应变关系发生改变㊂在同一围压和剪切速率下,当含水率增加时,试样的应力-应变曲线逐渐下移,其破坏强度与含水率之间呈负相关性㊂在相同含水率和剪切速率下,试样的应力-应变曲线随着围压的增大逐渐上移且上移幅度较大,无峰值点㊂在低围压下[见图6(a)],原状黄土试样的应力-应变曲线出现明显转折点,属于应变弱硬化型㊂在高围压下[见图6(c)],为应变强硬化型㊂当围压为σ3= 200kPa时,随着含水率的增大,所对应的应力-应变曲线逐渐由应变弱硬化型向应变强硬化型过渡㊂在应变大致为ε1=2%处有一个明显转折点,此时应变量小且曲率大,这表明试样内胶结物质形成的联结强度抵抗了外力的作用,使得主应力差的增加速率随着应变的增大逐渐加快;在转折点之后,试样内部各部分胶结强度抵抗不了持续外力的作用,试样内部结构发生破坏,强度逐渐消失,使得主应力差的增加速率随着应变的增大而逐渐变小,在持续外力作用下应力-应变曲线缓慢上移㊂原状试样的应力-应变曲线随着含水率的增大其剪切强度随之不断减小,这是由于当含水量增加时,土颗粒间的结合水膜变厚,降低了土颗粒间的吸附作用,导致黏聚力降低;同时随着水量增加,形成土体强度的碳酸钙在水中的溶解量不断增加,大大降低了土体颗粒间的联结程度,使得黄土颗粒间的黏结力降低㊂图7和图8分别为重力含水率13%和16%时(即体积含水率为18.8%和23.2%)对应不同基质吸力的试样应力-应变关系曲线,随着剪切速率的增加,曲线形态基本相似,都是随着剪切速率的增加先快速上升后缓慢上升,但上升幅度逐渐减小且无峰值点;试图6㊀剪切速率1mm/min时原状试样的应力-应变关系Fig.6㊀The stress-strain relationship of the undisturbed soil sample at a shear rate of1mm/min样的应力-应变曲线随着剪切速率的增大逐渐上移,其强度也不断增大㊂在剪切速率相同时,随着围压的增大,应力-应变曲线有明显的上移趋势且上移幅度较大,原状试样的抗剪强度也随之增大㊂与剪切速率相比较,围压的改变对试样的应力-应变关系的影响更大一些㊂低围压下,剪切速率对土体强度的影响比高围压下更加明显,从图8(a)中可以看出试样应变较小时应力-应变曲线有明显转折点,属于应变弱硬化型,而高围压下[见图8(b)]为应变强硬化型㊂这是由于童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究图7㊀含水率为13%时原状试样的应力-应变关系Fig.7㊀Stress-strain relationship of the undisturbed soil sample when the moisture content is13%在低围压下试样的结构保持完整,试样破坏发生在剪切过程中,而在高围压下试样某部位会出现应力集中,试样会在未剪切前出现轻微裂缝,使试样内部结构错动从而导致破坏㊂2.4㊀原状试样的破坏强度值试验中原状试样的应力-应变曲线均呈应变硬化型,当应变量达到15%时的强度则定义为原状试样的破坏强度[15]㊂由图9可知:原状黄土试样的破坏强度与剪切速率之间的不是线性递增函数关系而是二次函数关系,存在临界剪切速率㊂在临界点的左侧,破坏强度随着剪切速率的增大不断增加,在其右侧破坏强度的变化图8㊀含水率为16%时原状试样的应力-应变关系Fig.8㊀The stress-strain relationship of the undisturbed soil sample when the moisture content is16%规律与左侧相反㊂随着围压的增大,原状黄土试样的破坏强度明显增加㊂原状黄土试样的破坏强度中临界剪切速率存在与土体内部的孔隙水压力有关,在较低剪切速率下,土体内部的孔隙水压力分布比较均匀,与实际压力接近;在较高剪切速率下,试样两端的孔隙水向试样中部流动,使得试样中部孔隙水压力大于试样两端,因此,会存在较低剪切速率下的破坏强度低于较高剪切速率下的破坏强度㊂此外,临界剪切速率还与土体的触变性有关,在高剪切速率下部分损失的强度来不及恢复,而在较低剪切速率下破坏强度可以恢复,在其他条件相同时会出现高剪切速率下的破坏强度下降的趋势㊂童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究表4㊀原状试样的破坏强度值Table4㊀Failure strength values of undisturbed samples含水率/%干密度/g㊃cm-3孔隙率/%剪切速率/mm㊃min-1破坏强度/kPa围压100kPa围压200kPa围压300kPa10 1.369.3 13 1.3311.3 16 1.29140.5245.6397.8576.71.0286.0455.1611.91.5292.3467.4623.12.0278.0443.2609.53.0257.3423.5575.60.5226.0380.2550.61.0267.2425.3596.11.5275.0436.2605.62.0258.6413.1586.7 3.0230.3400.6568.50.5205.3352.5537.31.0238.1391.8586.41.5251.0415.3594.72.0231.8392.2567.33.0208.7373.1556.8㊀㊀由表4可知,含水率的增加对试样强度具有软化作用,随着含水率的增大,试样的破坏强度显著降低;围压增大对试样强度具有强化作用,随着围压的增大破坏强度也不断增加,在同一围压和剪切速率下,试样强度随着干密度和孔隙率的增大不断降低㊂黄土是骨架大孔隙土,其强度主要取决于形成土体自身的胶结物质的成分和性质,由于随着试样内含水率的增大,形成土体强度的碳酸钙在水中的溶解量不断增加,这将大大降低了土体颗粒间的联结程度,使得黄土颗粒黏结力降低,结构被破坏㊂2.5㊀微观结构分析图10为试样重力含水率为10%时在不同剪切速率下竖直方向和水平方向观察面放大300倍的SEM 照片㊂由以上微观图片可知,该地区4.5m深度的黄土无植物根系,主要以块状颗粒和胶结物质为主,土颗粒较大并伴有细小颗粒吸附,颗粒间空隙较大,局部空隙被胶结物质所填充㊂随着剪切速率的增大,试样被压密,孔隙中的空气和水被挤出,以致孔隙逐渐减小,直到剪切速率为1.5mm/min时,试样结构最为密实,此时试样的强度达到最大,剪切速率大于1.5mm/min时试样的强度变小㊂此临界剪切速率的存在与土体内部的孔隙水压力有关,在较低剪切速率下,土体内部的孔隙水压力分布比较均匀,与实际压力接近一致;在较高剪切速率下,试样两端的孔隙水向试样中部流动,使得试样图9㊀不同围压时剪切速率对试样破坏强度的影响Fig.9㊀The effect of shear rate on the failure strength of specimens at different confining pressures中部孔隙水压力大于试样两端,因此,会存在较低剪切速率下的峰值强度低于较高剪切速率下的峰值强度㊂此外,临界剪切速率的存在还与土体的触变性有关,在高剪切速率下,部分损失的强度来不及恢复,而在较低剪切速率下峰值强度可以恢复,在其他条件相同时,会出现高剪切速率下的峰值强度下降的趋势㊂由图10中(e)和(f)水平剪切与垂直剪切的微观图片可知,竖直方向剪切后的试样比水平方向更加密实,这与试样自重㊁上覆荷载及其周围压力有关㊂童国庆,等ʊ非饱和原状黄土强度特性试验研究图10㊀含水率为10%时不同剪切速率下试样的SEM 图Fig.10㊀SEM images of soil samples at different shear rates when the water content is 10%㊀㊀3㊀结㊀论(1)试样的体积含水率在脱湿和吸湿过程中均随着基质吸力的增大而减小㊂(2)含水率和剪切速率是影响原状黄土剪切强度指标的重要因素㊂随着含水率的增大,试样的黏聚力明显减小,但对内摩擦角影响甚微;试样的黏聚力随剪切速率的增大呈现先增大后减小的规律,存在临界剪切速率,内摩擦角随着剪切速率的增大逐渐减小㊂(3)在一定条件下,含水率的增大对土体强度具有软化作用,而围压的增大对土体强度具有强化作用㊂(4)含水率的改变对黄土强度的影响最大,围压次之,剪切速率的改变对原状黄土试样剪切强度的影响最小㊂。

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言土质边坡的稳定性研究是工程地质学、岩土工程学等学科的重要研究领域。

边坡的稳定性受多种因素影响，其中，非饱和—饱和状态变化是影响边坡稳定性的重要因素之一。

本文旨在分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，以期为相关工程提供理论依据和实践指导。

二、非饱和土质边坡稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要受土壤含水率、土的强度和土壤结构等因素的影响。

首先，含水率的变化直接影响土壤的强度和剪切特性，从而影响边坡的稳定性。

在非饱和状态下，土的强度随含水率的增加而降低，当含水率达到一定阈值时，边坡的稳定性将显著降低。

其次，土的强度也是影响非饱和土质边坡稳定性的重要因素。

在非饱和状态下，土的强度主要由粘聚力和内摩擦角决定。

当这些因素发生变化时，边坡的稳定性也会相应地受到影响。

此外，土壤结构对非饱和土质边坡稳定性也有显著影响。

良好的土壤结构有助于提高边坡的稳定性，而结构不良或疏松的土壤则容易发生失稳现象。

三、饱和土质边坡稳定性分析当土质边坡由非饱和状态转变为饱和状态时，其稳定性将发生显著变化。

在饱和状态下，土壤的渗透性降低，孔隙水压力增大，导致土壤抗剪强度降低。

此外，由于水的润滑作用，土壤的摩擦角也会减小，从而降低边坡的稳定性。

在饱和状态下，边坡的稳定性还受降雨、地下水位变化等因素的影响。

长时间的降雨或地下水位上升会导致边坡内部的孔隙水压力升高，从而进一步降低边坡的稳定性。

在极端情况下，可能导致边坡失稳、滑坡等地质灾害的发生。

四、非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响主要体现在以下几个方面：一是含水率的变化；二是土的强度和剪切特性的变化；三是孔隙水压力的变化。

这些因素的综合作用将导致边坡稳定性的显著降低。

特别是当土质边坡处于高含水率、低强度、高孔隙水压力的状态时，其失稳的风险将大大增加。

五、结论与建议通过对非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性的分析，我们可以得出以下结论：1. 非饱和状态下，土质边坡的稳定性受含水率、土的强度和土壤结构等因素的影响；2. 饱和状态下，土壤的渗透性降低、孔隙水压力增大和摩擦角的减小等因素将导致边坡稳定性的显著降低；3. 非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响不容忽视，需要采取有效的措施来预防和应对由状态变化引起的边坡失稳现象。