非饱和土力学03-吸力与SWCCPPT
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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。
非饱和土力学是土力学的一个分支,主要研究非饱和土的力学性质和行为。
非饱和土是指土壤中的孔隙部分被空气和水占据,而不是完全被水填满的情况。
非饱和土力学涉及以下方面的研究:
1.水分特征曲线:描述土壤中水分含量与吸力之间的关系,对于理解土壤的水分状态和流动特性非常重要。
2.吸力:非饱和土中的吸力是指土壤对水的吸引力,它是由土壤颗粒表面的吸附力和毛细作用产生的。
3.强度和变形特性:研究非饱和土的强度、变形和固结行为,以及吸力对这些特性的影响。
4.渗流和固结:探讨非饱和土中的水分流动和固结过程,包括渗流速度、固结系数等参数的确定。
5.边坡稳定性:研究非饱和土边坡的稳定性问题,考虑吸力和水分对边坡稳定性的影响。
6.地下水位变化:分析地下水位升降对非饱和土的力学响应和变形的影
响。
7.数值模拟和实验技术:开发用于研究非饱和土力学问题的数值模型和实验方法。
非饱和土力学在土木工程、地质工程、环境工程等领域具有重要应用,例如地基基础设计、边坡稳定性分析、地下水资源管理和环境修复等。
深入研究非饱和土力学对于确保工程的安全性和可持续性至关重要。
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。
长春地区非饱和粉质黏土的土-水特征试验研究
郭浩天;江珊;李向群
【期刊名称】《吉林建筑大学学报》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】土-水特征曲线(SWCC)是反映非饱和土工程特性的重要表现形式。
为研究长春地区非饱和土的土-水特征曲线变化,以长春地区广泛分布的粉质黏土作为研究对象,采用GEO-Experts压力板仪和GDS非饱和土三轴仪对不同初始含水率的土体进行土-水特征曲线的测量分析。
结果表明:不同设备所测得的结果基本一致,土体的进气值均在基质吸力25 kPa左右时达到。
土体的体积含水率均随基质吸力的增加而减小,土-水特征曲线均在基质吸力为125 kPa时出现明显拐点。
同一含水率土样,GEO-Experts压力板仪的排水体积比GDS非饱和土三轴仪多,压力板仪所对应的体积含水率相对较低。
【总页数】7页(P58-64)
【作者】郭浩天;江珊;李向群
【作者单位】吉林建筑大学测绘与勘查工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU411
【相关文献】
1.非饱和粉质粘土的土水特性试验研究
2.三门峡地区黄土状粉质黏土非饱和性质试验研究
3.非饱和重塑黏土在不同击实条件下的土水特征曲线试验研究
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地区低液限粉质黏土土水特征曲线试验研究5.黄泛区非饱和砂质粉土的土-水特征曲线试验研究
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地下空间与工程学报Chinese Journal of Underground Space and Engineering 第16卷第6期2020年12月Vol. 16Dec.2020冻融循环对非饱和粉质粘土 swcc 及强度的影响崔宏环秦晓鹏2,王文涛2,邢辰2(1.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室,河北张家口 075000; 2.河北建筑工程学院土木工程学院,河北张家口 075000)摘要:为研究季冻区非饱和粉质黏土在冻融条件下的土-水特征曲线及强度的变化,对季 冻区非饱和粉质粘土的SWCC ( 土-水特征曲线)和强度进行了测量,观察了冻融循环次数及冻结负温对非饱和路基粉质黏土土-水特征曲线及强度的影响。
研究表明:非饱和粉质黏土的土-水特征曲线用Gardner 模型进行拟合效果良好;土-水特征曲线受冻融循环次数和冻结负温 的影响较大,其强度随冻融循环次数的增加呈先减小后趋于稳定的趋势,冻融一次以后其强度降低最为明显,并且冻结负温为-10七时其粘聚力损伤值最大。
由基质吸力引起的累计粘聚力损伤值随冻融循环次数增加呈线性增加,随冻结负温减小成指数型增加。
关键词:土-水特征曲线;非饱和土;冻融循环;强度中图分类号:TU411文献标识码:A文章编号:1673-0836( 2020)06-1722-07Effect of Freeze-thaw Cycle on SWCC and Strength of Unsaturated Silty ClayCui Honghuan 1'2 , Qin Xiaopeng 2, Wang Wentao 2, Xing Chen 2(1. Hebei Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Diagnosis , Reconstruction and Disaster Resistance , Zhangjiakou ,Hebei 075000, P.R. China ; 2. College of Civil Engineering , Hebei University of Architecture , Zhangjiakou , Hebei 075000,P.R. China )Abstract : To investigate the influence of freezing-thawing conditions on the soil-water characteristics andstrength of unsaturated silty clay in the seasonal frozen soil area. The soil-water characteristic curve of unsaturated silty clay for the seasonal frozen area was measured to observe the influence of different freeze-thaw cycles and different negative freezing temperatures on the soil-water characteristic curve and strength of unsaturated silty clay.The results show that the Gardner model can obtain good fitting results by fitting the soil-water characteristic curve of unsaturated silty clay. The unsaturated soil-water characteristic curve is greatly affected by the number of freezing thawing cycles and freezing negative temperature. Along with the increase in the number of freeze-thaw circulation on its strength decreases before stabilizing trend , the intensity of freeze-thaw decreased most obviously after one time ,and freeze the negative temperature was minus 10 when the cohesive force of lower is most obvious. The cumulative cohesive damage caused by niatric suction increases linearly with the number of freeze-thaw cycles and exponentially with the decrease of negative freezing temperature.Keywords : soil-water characteristic curve ; unsaturated soil ; freeze-thaw cycle ; strength*收稿日期:2020-07-06(修改稿)作者简介:崔宏环(1974-),女,河北张家口人,博士.教授,主要从事非饱和土与路基路面工程本构模型研究。