非饱和土力学01-绪论

非饱和土力学1. 简介非饱和土力学是土力学中的一个重要分支，研究非饱和土的力学性质和行为规律。

非饱和土是指含有一定空隙度和部分或全部未饱和的水分的土壤。

相比于饱和土，非饱和土具有一些特殊的力学性质和变形特性，因此对其力学行为的研究具有重要的实际意义。

2. 非饱和土特性非饱和土的特性主要包括以下几个方面：2.1 吸力吸力是非饱和土中水分存在的特殊状态所引起的一种力。

在非饱和土中，由于存在着未饱和水分，土颗粒表面会形成一种吸附力，即吸力。

吸力的大小与土壤的孔隙结构密切相关。

2.2 干湿收缩性非饱和土在干燥过程中会发生干缩现象，而在被湿润后会发生湿润膨胀。

这是因为非饱和土中的水分含量影响着土颗粒之间的接触状态和土壤体的结构。

2.3 孔隙气压非饱和土中的气体存在一定的孔隙气压，该气压与土壤孔隙水的张力有关。

在非饱和土力学中，孔隙气压的变化对土体的力学行为有重要影响。

3. 非饱和土力学实验为了研究非饱和土的力学性质和行为规律，人们进行了大量的实验研究。

常用的非饱和土力学实验包括以下几种：3.1 吸力试验吸力试验是用来测试非饱和土吸力大小的实验。

在吸力试验中，通常采用吸力仪器对土样进行测量，得到吸力与土壤含水量之间的关系。

3.2 干湿循环试验干湿循环试验是用来模拟非饱和土在干燥和湿润过程中的变形行为的实验。

通过反复进行干燥和湿润过程，可以观察并记录土样的收缩和膨胀行为。

3.3 压缩试验压缩试验是用来研究非饱和土的压缩变形特性的实验。

实验中通常使用压缩装置对土样施加压力，并记录土样的变形和力学参数的变化。

4. 非饱和土的工程应用非饱和土力学的研究对于土木工程的设计和施工具有重要的指导意义。

非饱和土的一些特性和行为规律在以下方面有着广泛的应用：4.1 坡面稳定性分析非饱和土在坡面稳定性分析中发挥着重要作用。

由于非饱和土具有较好的抗侵蚀和抗冲刷能力，因此在坡面设计中通常采用非饱和土力学原理。

4.2 基础工程在基础工程中，非饱和土的力学行为对基底承载力和变形进行了特别的研究。

文章编号:1000-582x(2000)S0-0197-04非饱和土的力学理论Ξ陈正汉,王权民,李　刚,孙树国(后勤工程学院土木工程系,重庆　400041) 摘　要:介绍了笔者多年来在非饱和土力学领域研究的主要理论成果。

内容包括非饱和土的建模理论、应力理论、渗流理论、本构理论和固结理论,其中本构理论和固结理论都涉及线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性等6个方面。

关键词:非饱和土;力学理论;渗流理论;本构模型;固结模型 中图分类号:TU43;O357.3 文献标识码:A 非饱和土的力学理论包括渗流理论、本构理论、强度理论和固结理论,其中非饱和土的固结涉及水气渗流和土骨架的变形两个方面,是一个综合问题。

非饱和土中渗流包括水流和气流,变形有线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性之分,从而组成了非饱和土的本构模型谱系和固结模型谱系。

通过笔者的多年努力,这两个谱系已基本形成,笔者简要介绍有关研究成果。

1　非饱和土建模的公理化理论体系渗流理论、本构模型和固结模型都是数学模型,建模需要理论指南。

1994年,笔者融理性力学、不可逆过程热力学和土力学的精华于一体,建立了岩土力学的公理化理论体系[1]。

该理论体系包括5个基本定律和8个本构原理,对饱和土与非饱和土都适用。

5个基本定律是:质量守恒定律、动量守恒定律、动量矩守恒定律、能量守恒定律和热力学第二定律。

8个本构原理是:等存性原理、相容性原理、客观性原理、Curie对称原理、Onsager原理、压硬剪胀原理、有效应力原理和记忆原理。

2　非饱和土的应力理论[2,3]非饱和土是固-液-气三相复合介质,描述应力状态一般需要三个应力张量。

在不计土粒的压缩性时,则可用两个应力状态变量σij-u aδij和(u a-u w)δij描述,分别称为净总应力张量和吸力张量;也可用下式表达的有效应力刻划之:σ′ij=σij-u aδij+χ(u a-u w)δij称为Bishop公式,其中σij、σ′ij、u a、u w分别是总应力、有效应力、孔隙气压力和孔隙水压力,χ是有效应力参数,与土的饱和度及应力路径有关,且0≤χ≤1。

非饱和土力学
非饱和土力学是研究非饱和土的力学性质和行为的学科。

非饱和土是指土壤中含有水分但不是完全饱和状态的土壤。

在非饱和状态下，土壤的力学性质和行为与饱和状态下有很大的不同。

非饱和土力学主要研究以下几个方面：1.非饱和土的吸力特性：非饱和土中的水分存在于土颗粒之间的微小孔隙中，这些孔隙中的水分会受到吸力的作用。

吸力是非饱和土力学中的一个重要参数，它对土壤的力学性质和行为有很大的影响。

2.非饱和土的渗透特性：非饱和土的渗透特性与饱和状态下有很大的不同。

在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此渗透速度会比饱和状态下慢很多。

3.非饱和土的力学性质：非饱和土的力学性质与饱和状态下也有很大的不同。

在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此土壤的强度和变形特性会受到吸力的影响。

4.非饱和土的稳定性：非饱和土的稳定性也是非饱和土力学研究的一个重要方面。

在非饱和状态下，土壤中的水分会受到吸力的作用，因此土壤的稳定性会受到吸力的影响。

总之，非饱和土力学是一个非常重要的学科，它对于土壤工程和地下水工程的设计和施工都有着重要的意义。

非饱和土力学引言非饱和土力学是土力学的一个分支，研究非饱和土壤的力学性质和行为。

饱和土壤是指土壤中的孔隙完全充满水分，而非饱和土壤是指土壤中的孔隙中同时存在气体和水分。

非饱和土力学的研究对于土壤工程、农业、环境科学等领域具有重要的意义。

本文将介绍非饱和土力学的几个重要概念和应用。

概念非饱和土壤的吸力非饱和土壤中存在着气体和水分。

由于毛细现象的存在，非饱和土壤中的水分会受到一定的吸力作用。

吸力是指土壤颗粒表面附近的环境中存在的气体与土壤孔隙中的水分之间的一种力。

吸力是非饱和土力学研究的基础，它与土壤的水分含量、孔隙结构等因素密切相关。

孔隙水压力非饱和土壤中的水分受到吸力作用，会产生一定的压力，称为孔隙水压力。

孔隙水压力是非饱和土力学中的一个重要概念，它描述了土壤中水分的分布和移动情况。

孔隙水压力的变化会影响非饱和土壤的力学性质和行为。

非饱和土壤的力学性质非饱和土力学研究的一个重要目标是揭示非饱和土壤的力学性质。

非饱和土壤的力学性质与饱和土壤有一些明显的差异。

例如，非饱和土壤的抗剪强度和变形特性会受到吸力和孔隙水压力的影响。

非饱和土壤的力学性质的研究对于土壤工程的设计和施工具有重要的指导意义。

应用土壤含水量测定非饱和土力学的研究需要准确测定土壤中的水分含量。

常用的方法有重量法、电容法、压力传感器法等。

这些方法可以测定不同吸力下土壤中的水分含量，从而揭示土壤的吸力特性和水分传输规律。

非饱和土壤的稳定性分析非饱和土壤的力学性质和行为与饱和土壤存在一定的差异。

因此，非饱和土壤的稳定性分析需要考虑吸力和孔隙水压力等因素对土壤的影响。

非饱和土壤的稳定性分析可以用于土壤边坡、挡土墙、基础等工程的设计和施工。

土壤水分调控非饱和土力学的研究成果可以应用于农业、环境科学等领域。

例如，在农业生产中，了解土壤中的水分分布和移动规律，可以合理调控土壤水分，提高植物的生长和产量。

此外，在环境科学研究中，非饱和土力学的研究成果可以用于土壤污染防治和土壤水源涵养等方面。

非饱和土力学同济大学地下建筑与工程系2006年10月第一章绪论非饱和土分布十分广泛，与工程实践紧密联系的地表土几乎都是非饱和土。

干旱与半干旱地区，由于蒸发量大于降水量，地下水位较深，这些地区的表层土是严格意义上的非饱和土；土坝、铁路和公路路基填土，机场跑道的压实填土都是处于非饱和状态，亦即非饱和土；即使是港口平台、管道等离岸工程中所遇到的土，往往是含生物气的海相沉积土，其孔隙中含有以大气泡（气泡直径远大于土粒直径）形式存在于孔隙中的生物气；另外，在地下水面附近的高饱和土体，其孔隙水中溶解了部分以小气泡（气泡直径与土粒粒径相当）形式存在于孔隙中的气体，土体卸载以后（取样或开挖等），溶解于孔隙水中的气体逸出，以气泡形式存在于孔隙水中，这两种含气泡的土也应属于非饱和土。

可见，非饱和土才是工程实践中经常遇到的土，饱和土是非饱和土的特例，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到。

土力学发展至今，已形成了一套完善、独立的理论体系。

然而，迄今为止的土力学主要是把其研究对象——土，视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。

严格的讲，迄今为止的土力学只能称之为饱和土力学。

然而，实际工程中遇到的土多是以三相状态(土粒、孔隙水、孔隙气)存在。

经典的饱和土力学原理与概念并不完全符台其实际性状。

有人甚至认为在土中水一气的结合面上还存在第4相一水气结合膜。

土中气相的存在，使得土体性质复杂、性状多变。

将土作为饱和土对大多数工程来讲是一种合理的简化，但是，随着研究的逐渐深入，人们已经注意到，对于某些特殊区域或特殊性质的土，这种简化将造成研究理论的失误。

如在膨胀土地基基础的设计中。

如果单纯按照膨胀土的现有强度进行设计，则有可能将强度参数估计过高，不安全；如果按其最低强度进行设计，又将造成浪费。

因此，合理地提出膨胀土在不同状态下的强度参数是工程的客观需要。

此外，膨胀土等非饱和土的变形性能也随饱和度而变化。

这些问题都是饱和土力学难以解决的。

土力学复习资料第一章绪论1.土力学的概念是什么？土力学是工程力学的一个分支，利用力学的一般原理及土工试验，研究土体的应力变形、强度、渗流和长期稳定性、物理性质的一门学科。

2.土力学里的"两个理论，一个原理"是什么？强度理论、变形理论和有效应力原理3.土力学中的基本物理性质有哪四个？应力、变形、强度、渗流。

4. 什么是地基和基础？它们的分类是什么？地基:支撑基础的土体或岩体。

分类:天然地基、人工地基基础:结构的各种作用传递到地基上的结构组成部分。

根据基础埋深分为:深基础、浅基础5.★地基与基础设计必须满足的三个条件★①作用于地基上的荷载效应（基底压应力）不得超过地基容许承载力特征值，挡土墙、边坡以及地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。

即满足土地稳定性、承载力要求。

②基础沉降不得超过地基变形容许值。

即满足变形要求。

③基础要有足够的强度、刚度、耐久性。

6.若地基软弱、承载力不满足设计要求如何处理？需对地基进行基础加固处理，例如采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理，称为人工地基。

7.深基础和浅基础的区别？通常把埋置深度不大(3~5m)，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础;反之，若浅层土质不良，须把基础埋置于深处的好地层时，就得借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深基础(如桩基、墩基、沉井和地下连续墙等。

)8.为什么基础工程在土木工程中具有很重要的作用？地基与基础是建筑物的根本，统称为基础工程，其勘察、设计、施工质量的好坏直接影响到建筑物的安危、经济和正常使用。

基础工程的特点主要有:①由于基础工程是在地下或水下进行，施工难度大②在一般高层建筑中，占总造价25％，占工期25％~30％③隐蔽工程，一旦出事，损失巨大且补救困难，因此基础工程在土木工程中具有十分重要的作用。

第二章土的性质与工程分类1.土:连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。

1试述吸力的概念、种类及其定义。

能使土中水移动的除了重力、压力、荷载外，就是吸力。

它是吸引水移动的一种能力，反映土中水的自由能状态。

总吸力可分基质吸力和溶质吸力两部分。

当土为非饱和时，孔隙中的水与毛细管中的水一样，存在弯液面，其上的水蒸气压力u v ，要小于土处于饱和状态(相同水质)时(即水面水平)，水面上方的蒸气压力u v0。

表示毛细压力S 的存在使相对湿度降低。

毛细压力是产生吸力的重要因素，称为基质吸力。

当水中含盐且水面水平时，水面上方的蒸气压力u v1，又要小于纯净水水面水平时，上方的蒸气压力。

故土壤水含盐时，相对湿度会降低，即吸力会升高，与溶质种类及浓度有关，称为溶质吸力。

对于一般工程问题，溶质吸力可忽略，仅仅考虑基质吸力。

2非饱和土的强度与哪些因素有关？何为双参数理论？在非饱和土体内任一平面上有三个法向应力变量，即σ，u a 和u w 。

而三个变量中任两个的组合可用来规定非饱和土的应力状态,推荐用σ-u a 和u a -u w 的组合，这是因为在大多数实际问题中孔隙气压力是大气压力,非饱和土的强度是由有效凝聚力c ,外荷引起的有效应力σ-u a 产生的剪阻力内部有效应力(u a -u w =s)产生的剪阻力三部分组成的, , c ’和υ可由饱和土的常规CU 试验测定。

吸力产生的剪阻力仅增加了纵轴的截距，可把它看作属于凝聚力项。

,非饱和凝聚力c ”并不随吸力无限增加，而是趋向一定值.3. 产生湿化变形的原因。

4饱和土用的三轴仪与饱和土用三轴仪，有哪些不一样？有2点：1,它必须能分别量测或控制孔隙水压力和孔隙水压力，从而得出吸力。

这就要用陶土板将孔隙水压力和孔隙气压分开来测。

2，它不能依据试样提出的水量来推出试样的体积变形，试样非饱和，受荷后除了排水还要排气。

它必须用另外的途径来测体积变形有2种方式：一种是利用压力室水体积的变化来测体积变形，另一种是用位移传感器测试样高度和周长的变化。

5. 何为土的水分特征曲线？ 怎么表示？吸力S 与土的含水率w 有关，在量测吸力的同时，要立即测相应的含水率。

岩土工程中的岩土体非饱和土力学研究在岩土工程领域中，研究非饱和土力学是一项重要的课题。

非饱和土力学研究着重于探究土壤中水分与力学性质之间的关系，以及非饱和土体的变形行为和力学性能。

本文将从非饱和土力学的基本概念入手，探讨非饱和土力学的研究方法和应用，最后展望其在岩土工程中的未来发展。

一、非饱和土力学的基本概念非饱和土体是指土壤中既有孔隙水，又有气体存在的土体状态。

与饱和土相比，非饱和土的孔隙水压力和气体压力处于不平衡状态。

由于非饱和土在实际工程中广泛存在，因此研究其力学性质具有重要的理论和实际意义。

非饱和土的力学性质主要受到土壤含水量的影响。

含水量越低，土壤的强度和刚度就越高。

因此，非饱和土的力学特性与饱和土存在差异，需要通过实验研究来获得准确的参数。

二、非饱和土力学的研究方法为了研究非饱和土力学，需要采用合适的实验方法和数值模拟手段。

1. 实验方法通过实验可以得到非饱和土体的水分特征曲线、渗透特性、强度特性等信息。

实验方法包括室内试验和室外试验。

室内试验主要包括自由膨胀试验、恒应力试验和三轴试验等；室外试验主要包括土体场地测试和模型试验等。

通过实验数据的收集和分析，可以得到非饱和土体的力学参数。

2. 数值模拟数值模拟是研究非饱和土力学的重要手段之一。

利用有限元、边界元和离散元等数值方法对非饱和土体进行模拟，可以得到土体应力、变形和孔隙水压力等的分布规律。

数值模拟可以辅助实验研究，提供更详细的信息，加深对非饱和土力学的理解。

三、非饱和土力学的应用非饱和土力学的研究成果可以应用于多个领域，包括土壤力学、岩石力学、地下水流和土木工程等。

1. 土壤力学非饱和土力学对土壤的变形、渗透和强度特性的研究具有重要的理论和应用意义。

在土壤工程中，非饱和土力学的成果可用于评估土壤的结构稳定性，指导土壤改良和加固等工程实践。

2. 岩石力学非饱和岩石的力学性质广泛存在于岩土工程中。

研究非饱和岩石的强度、渗透性和变形特性，可以为岩土体的工程设计和施工提供准确的参数，提高工程的可行性和可靠性。