非饱和土的强度变形理论研究及其在工程中的应用..docVIP

非饱和土的强度、变形理论研究及其在工程中的应用 摘要：非饱和土在实际工程中分布十分广泛，其工程特性相对于饱和土要更为复杂。在非饱和土力学中，非饱和土的强度和变形特性是非饱和土研究的重要内容。本文引用一些他人的研究成果，并结合作者自己的研究进行了系统的学习和综述非饱和土的强度与变形理论及其在工程实践中的应用。 关键词：非饱和土，剪切强度，变形特性 Study on the strength of unsaturated soils and deformation theory and its application in engineering Abstract: In engineering practice, unsatruated soils are widely distributed and display more complex behaviour compared with saturated soils. The study of strength characteristics and deformation behavior is very important in unsaturated soil machanic. This paper refers to a number of other peoples research results, combined with the authors own research to conducted a systematic learning and overview of unsaturated soil strength and deformation theory and its application in engineering practice. Key words: unsaturated soil, shear strength, deformation behavior 0 引言 所谓非饱和土是相对于经典的饱和土而言的，它是一种由土的固相（土粒）、液相（孔隙水）、气相（孔隙气），以及气-液接触面（收缩膜）共同组成的多相体系。收缩膜的存在使得非饱和土的物理状态、粒间作用力、渗透性、应力应变关系、变形与固结、抗剪强度、孔隙水力等性质都比饱和土复杂的多。传统土力学理论和试验方法一般都是解决饱和土问题的，所得出的规律也主要适用于饱和土。而在实际上，地球表面很大一部分是处于干旱或半干旱地带，因而在工程实践中遇到的土多数是非饱和土。因此研究非饱和土的性质实属必要。 1 非饱和土的研究现状及基本特性 1.1 非饱和土的研究现状 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年代进行大规模的城市建设的时候，兴建了大量与城市建设有关的交通工程，使工程师感到困难的是地下水位以上土体中的流动问题，他们适用了毛细作用来描述水从地下水位向上的流动。1963年的国际会议上，Ostashev提出了两篇有关土中毛细的论文，他提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。Terzaghi在《理论土力学》中总结了和吸收Hogentogler和Barder的研究成果。 20世纪60年代到80年代末，这一阶段研究特点是将饱和土力学有关理论借用到非饱和土力学研究中，以Bishop和Fredlund为代表。Hogentogler和Barder就已认识到毛细水的应力状态对饱和土强度的影响，并认为毛细水的流动严格符合公认的表面张力，重力和水力学原理；Bernatizk也已经观测到水-气弯液面会使土的强度增加，并建议用土的无侧限抗压强度来研究毛细张力；Black和Crony（1957），Williams(1957),Bishop（1960）等和Aitchison(1967)将饱和土有效应力原理引进到非饱和土中，提出非饱和土有效应力概念，并用其解决非饱和土的强度问题。这个阶段对非饱和土强度问题取得一些公认的成果，对变形问题还处于探索阶段。 20世纪80年代以后，对非饱和土的变形进行了更深入的研究。Alonso（1990）和Toll(1990)分别提出了土的弹塑性本构模型，Alonso（1992） （1-1） 式中：—饱和土的有效应力； —总应力； —孔隙水压力。 Terzaghi有效应力原理虽然得到了广泛应用，但它也有其自身的局限性。在描述饱和土的变形和强度时，有效应力原理必须满足两个条件：土粒不可压缩，控制土粒间接触面积和土粒间阻力的屈服应力与围压无关。实际上，饱和土体并不能满足这两个条件，有效应力需要经过修正才能