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第27卷第5期 岩 土 力 学 V ol.27 No.5 2006年5月 Rock and Soil Mechanics May 2006收稿日期：2004-08-16 修改稿收到日期：2004-12-10基金项目：中科院创新项目（No.KZCX3-SW-134）和973项目（No.2002CB412702）资助。
作者简介：李志清，男，1981年生，硕士研究生，主要从事非饱和特殊土方面的研究。
E-mail:lizhiq-2002@ 。
文章编号：1000－7598－(2006) 05－0730－05非饱和膨胀土SWCC 研究李志清1，胡瑞林1，王立朝2，李志祥3(1.中国科学院工程地质力学重点实验室，北京 100029；2.中国地质环境监测院，北京 100081；3.铁道第四勘察设计院，武汉 430063)摘 要：研究土体吸力与含水量关系，对于非饱和土的变形和强度问题，有重要的应用价值。
利用非饱和土三轴仪对膨胀土进行试验研究，比较系统地分析了矿物成分、孔隙结构、土体应力状态、应力历史等因素对土-水特征曲线的影响。
尤其土的矿物成分和孔隙结构是主要的影响因素。
综合考虑各种因素的影响，通过室内和野外吸力量测，对土-水特征曲线进行拟合、比较，建立了幂函数模型。
由土-水特征曲线可知，室内干湿循环土-水特征曲线具有明显的差异性，野外土-水特征曲线的差异性不明显，并与室内浸湿曲线相似。
将野外曲线和浸湿曲线结合起来，推算非饱和状态下土的渗透性、抗剪强度等指标，可以较好地解决岩土力学问题。
关 键 词：非饱和膨胀土；土-水特征曲线；基质吸力；含水量；干湿循环 中图分类号：TU 411 文献标识码：AStudy on SWCC of unsaturated expansive soilLI Zhi-qing 1, HU Rui-lin 1, WANG Li-chao 2, LI Zhi-xiang 3(1.Key laboratory of Engineering Geomechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; 2.China Institute for Geo-Environmental Monitoring,Beijing 100081, China; 3.The Forth Survey &Design Institute of China Railway, Wuhan 430063, China)Abstract: It has great important application value to study the relations between suction and moisture of unsaturated soil for its deformation and intensity. With the unsaturated triaxial equipment for expansive soil test, we analyze systematicially the multi-factors such as the components of mineral, the structure of hole, the stress state of soil and the stress history etc., which affect soil-water characteristic curve (SWCC). Especially the components of mineral and the structure of hole are primary influential factors. Based on the measurement of matric suction indoor and outdoor, we think over synthetically the effect of multi-factors to fit and compare SWCC, also we build the model of power function. And according to SWCC, the otherness is obvious in the curve of dry-damp circulation indoor and not obvious in the curve outdoor, which is similar to the welter curve indoor. The permeability and shear strength etc. of unsaturated expansive soil can be calculated by combining the curve outdoor with welter curve, which has great superiority in solving problems of geotechnical mechanics.Key words: unsaturated expansive soil; SWCC; matric suction; moisture; dry-damp circulation1 引 言土壤-水分特征曲线(SWCC)是土壤基质势随土壤含水率变化的曲线，它表示了土壤水的能量与数量之间的关系。
基质吸力对非饱和粉质砂土抗剪强度的影响董倩;侯龙;赵宝云【摘要】从宏观吸力控制型直剪试验和微观土体颗粒结构分析两方面入手,在压力板仪试验分析非饱和粉质砂土水-土特性的基础上,采用不同吸力条件下的直剪试验和2种不同含水量土样结构的微观扫描研究,分析非饱和粉质砂土抗剪强度和基质吸力之间的关系.研究结果表明:与黏性土不同,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,而是存在一个“峰值效应”,这种现象的出现是由于粉质砂土微观结构的组成特点以及随含水率减小所含水分的存在形式不断改变这两方面因素,致使基质吸力作用面积不断变化造成的.另外,土体的应力环境也会影响吸力对土体强度贡献的大小.%Based on the analysis of the soil-water characteristic of unsaturated silty sand through pressure plate instrument test, the suction control direct shear tests under different suction conditions of unsaturated silty sand were studied. And then, the microscopic structures of two kinds of soil samples with different water contents were scanned to analyze the relationship between the matric suction and the shear strength of unsaturated silty sand. The results show that unsaturated silty sand is different from unsaturated clayey soil. When water content gradually reduces, the soil shear strength of unsaturated silty sand is not always increased with the increase of matric suction, but there is a "peak effect". The appearance of "peak effect" is due to the fact that unsaturated silty sand has its own microstructure characteristics, and that with the decrease of the moisture content, the existence form of moisture changes gradually. The two factors cause the effect area of matricsuction to change constantly, and then influence shear strength of unsaturated silty sand to appear "peak effect". In addition, the stress environment also can influence contribution degree of matric suction to the shear strength of unsaturated silty sand.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)010【总页数】5页(P4017-4021)【关键词】非饱和土;水-土特征曲线;基质吸力;抗剪强度;水-气交界面【作者】董倩;侯龙;赵宝云【作者单位】重庆科技学院建筑工程学院,重庆,401331;重庆大学土木工程学院,重庆,400045;重庆大学土木工程学院,重庆,400045;美国科罗拉多矿业大学土木与环境工程学部,美国戈尔登,80401;重庆科技学院建筑工程学院,重庆,401331;重庆大学土木工程学院,重庆,400045【正文语种】中文【中图分类】TU411随着我国经济的迅猛发展，各地工程建设的规模不断扩大，所面临的非饱和土问题越来越多。
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。
SDSWCC 土水特征曲线压力板仪实验教程实验理论：土水特征曲线是非饱和土中的吸力与含水量之间关系的曲线。
吸力可以是基质吸力也可以是总吸力。
含水量可以是体积含水量、重力含水量，也可以是饱和度。
它包含两条曲线分别是脱湿曲线和吸湿曲线。
通过Geo-‐expert的压力板仪，可以得到基质吸力与体积含水量之间关系的土水特征曲线。
基质吸力：Matric suction （u a-‐u w）孔隙气压与孔隙水压的差值。
目前模拟基质吸力的方式有三种，按照可获得的吸力的范围可分为轴平移技术（0.1kPa-‐1.5Mpa），渗透技术（0.1-‐10Mpa）,蒸汽平衡技术（10-‐200Mpa）。
Geo-‐expert 的一维SDSWCC压力板仪采用轴平移技术，将孔隙水压平移到0值，直接通过孔隙气压的变化来控制基质吸力值。
脱湿，土体在不同吸力作用下（通常吸力从小到大变化），水从土体中排出来的过程；吸湿，土体在不同吸力作用（通常吸力从大到小变化），慢慢吸进水分的过程。
SDSWCC可直接测得土壤中的出水值，再通过实验之前测得饱和样的质量，换算出不同吸力平衡后的体积含水量，最后根据脱湿、吸湿下吸力值和对应的体积含水量可作出土水特征曲线。
SDSWCC与传统土水特征曲线获得装置的最大不同点是采用了香港科技大学吴宏伟教授的最新成果，加入轴向力的独立控制, 实现了stress dependant功能。
以下是典型的土水特征曲线：土水特征曲线有以下特点1. 整体来看，几乎所有土-‐水特征曲线形状都很相似，基质吸力增加，非饱和土的含水量降低。
2. 含水量较低时，基质吸力随含水量的变化较大；含水量较高时，基质吸力随含水量的增加较缓和的减小。
3. 脱湿曲线和吸湿曲线之间有一定的滞回特性,有很多种解释，最为大家接受的是由于土体内的孔隙特殊性，如下图所示（左边为脱湿过程，右边为脱湿过程），土体孔隙空间内部有较大的孔隙，连接较小的通道孔径，形成“瓶颈”效应。
第50卷第3期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.3 2019年3月Journal of Central South University (Science and Technology)Mar. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.026非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究何忠明1, 2，刘雅欣2，曾新发3，刘登生4，职孟林5(1. 长沙理工大学公路养护技术国家工程实验室，湖南长沙，410014；2. 长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙，410014；3. 湖南城市学院土木工程学院，湖南益阳，413000；4. 中交(天津)生态环保设计研究院有限公司，天津，300450；5．河南省交通规划勘察设计院，河南郑州，450000)摘要：为了研究非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配之间的关系，通过控制曲率系数和不均匀系数配制5种不同级配的粗粒土土样，采用自行设计的模型装置进行降雨入渗试验，并根据试验结果绘制基质吸力与含水率关系拟合曲线，得到满足试验条件的函数关系式，从而得到土−水特征曲线方程。
研究结果表明：不均匀系数越大，土样初始含水率越小，达到饱和状态时含水率越小，且土样达到饱和所需的时间越长；随着脱水过程的进行，土样不均匀系数越大，其含水率的下降速度越慢，残余含水率也越大；初始基质吸力随着土样不均匀系数增大而不断提高，同时，土样的残余基质吸力随着不均匀系数增大而增大；利用Van Genuchten模型对实测土−水特征曲线进行拟合可获得拟合参数，从而得到可应用于数值分析的土−水特征曲线方程。
关键词：粗粒土；级配；基质吸力；含水率；土水特征曲线中图分类号：U416 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)03−0712−07Experimental study on relationship among matric suction andmoisture content and gradation of unsaturated coarse grained soil HE Zhongming1, 2, LIU Yaxin2, ZENG Xinfa3, LIU Dengsheng4, ZHI Menglin5(1. State Engineering Laboratory of Highway Maintenance Technology,Changsha University of Science & Technology, Changsha 410014, China;2. School of Traffic and Transportation Engineering, Changsha University of Science & Technology,Changsha 410014, China;3. College of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang 413000, China;4. China Communications(Tianjin) Environmental Protection Design and Research Institute Co. Ltd.,Tianjin 300450, China;5. Communications Planning and Design Institute Co. Ltd of Henan Province, Zhengzhou 450000, China)Abstract: In order to study the relationship among matric suction and moisture content and gradation of unsaturated coarse grained soil, five kinds of coarse-grained soil samples with different gradations were prepared by controlling curvature coefficient and non-uniform coefficient. The rainfall infiltration test was conducted using a self-designed model device. The fit curves of moisture content with matrix suction were plotted based on the experimental results, and the收稿日期：2018−06−08；修回日期：2018−08−18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51678073，51508042，51838001) (Projects(51678073, 51508042, 51838001) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：曾新发，博士，副教授，从事岩土工程、结构振动控制研究；E-mail：********************第3期何忠明，等：非饱和粗粒土基质吸力与含水率及级配关系试验研究713 functional relationship under the experimental conditions was obtained. The results show that the bigger the non-uniform coefficient, the smaller the initial moisture content of the soil sample, and the smaller the water content, the longer it takes for the soil sample to reach saturation. With the progress of the dehydration process, the larger the non-uniform coefficient of the soil sample, the slower the rate of decline of its moisture content, and the greater the final residual moisture content. The initial matrix suction increases with the increase of the non-uniform coefficient of the soil sample.The residual matrix suction of the soil sample increases with the increase of the non-uniform coefficient. Using the Van Genuchten model to fit the measured soil-water characteristic curve, the fitting parameters can be obtained, so that the empirical equation of the soil-water characteristic curve applied in the numerical analysis process can be obtained.Key words: coarse grained soil; gradation; matric suction; water content; soil water characteristic curve土−水特征曲线主要研究土体基质吸力与含水率之间的关系，是非饱和土力学中主要研究内容[1−2]。
干湿循环作用下非饱和土的持水特性研究温煦【摘要】以干湿循环作用下非饱和土的持水特性为研究对象,通过采用滤纸法、非饱和固结仪法,针对三种初始干密度的试样,研究了土一水特征曲线的变化特征,依据试验结果,得出了一些有意义的结论.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2013(039)029【总页数】3页(P77-79)【关键词】非饱和土;干湿循环;持水特性【作者】温煦【作者单位】天津市勘察院,天津300191【正文语种】中文【中图分类】TU411.910 引言土—水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve，简称SWCC)的概念源于土壤水动力学，它是土的含水率(或饱和度)与土中吸力的关系曲线。
SWCC反映了非饱和土吸水以及储水能力，借助它可以直接得到不同含水率土体所处的吸力环境并可以间接推算出饱和土的强度和渗透系数等难以量测的土体参数。
因此，本文从SWCC着手，研究了干湿循环条件下的非饱和土持水特性。
1 土—水特征曲线的影响因素影响土—水特征曲线的因素主要有土的矿物成分、孔隙结构、土体的收缩性、土的应力历史和温度等［1］。
但笔者认为土的矿物成分和孔隙结构是基本因素，其他因素往往是通过影响这两个基本因素而起作用的。
1)土的矿物成分，包括土颗粒的矿物成分以及孔隙中可溶盐成分。
其影响反映在土体对水分的亲和程度上，对于具有较强亲水性的矿物组成的土体，它表现出的吸力也必然较大，反映在土—水特征曲线上，则为残余含水量较大，曲线的斜率也变得平缓。
2)孔隙结构，包括孔隙大小、级配和组成结构等。
孔隙结构影响土水作用面积和收缩膜的形状，而后者决定吸力的大小。
土体的孔隙尺寸小，进气值高，持水性强，则土—水特征曲线平缓。
孔隙结构通常和粒径、级配以及土骨架结构相关，一般说来粒径较小、级配良好的土体，其孔径较小。
此外，影响孔隙结构的其他一些因素也间接影响着土—水特征曲线的形状，如干密度、初始含水量、应力路径和应力状态等。
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φ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。
