土力学作业非饱和土抗剪强度理论的研究进展.docxVIP

非饱和土抗剪强度理论的研究进展摘 要: 非饱和土的工程性质是 20 世纪 90 年代以来国际岩土工程界研究的热点，非饱和土的抗剪强度是非饱和土的重要工程性质之一，在参阅了中、外文相关资料的基础上，总结了非饱和土抗剪强度理论的研究成果，提出了非饱和土抗剪强度有待进一步研究的问题。关 键 词： 非饱和土； 抗剪强度；基质吸力Advance in research on shear strength of unsaturated soilsAbstract: The engineering characteristics of unsaturated soils are the intense studying interest in circles of the international geotechnical engineering since 1990 s, the shear strength of unsaturated soils is the important one of them. A critical review on the research on the shear strength of unsaturated soils was given and some issues which remain to be solved were outlined.Key words: unsaturated soils; shear strength; matric suction1 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，含水量或饱和度的变化常使非饱和土的工程特性发生巨大变化，导致非饱和土边坡滑移失稳地表隆起或沉降，并给其上的建筑物和构筑物的安全带来威胁，每年造成的很大经济损失. 非饱和土的强度是土体粒间作用力的宏观反映，是非饱和土理论研究最主要的内容之一，土的抗剪强度是土的一个重要力学性质，它的准确确定对土坡和地基稳定分析及土压力计算至关重要。在非饱和土强度研究进程中，众多学者对非饱和土的抗剪强度进行了大量的试验和理论研究!提出了各自的抗剪强度公式!并逐渐考虑了更多因素的影响 .2 Bishop 理论及进展Bishop 依据 Terzaghi 饱和土的有效应力原理和实验研究给出了非饱和土的有效应力公式 （1）在此基础上根据 Mohr-Coulomb 强度理论公式得到了非饱和土的抗剪强度公式 （2）式(2)中c′和φ是饱和土的有效凝聚力和有效内摩擦角；U(w) 为空隙水压力；U(a) 为空隙气压力；χ是与土的饱和度有关的参数,称为非饱和土有效应力参数,χ =0~1.0，饱和土的 χ=1.0 ，干土的χ=0。 Bishop(1960)在文献[3]中给出了用三轴实验结果确定有效应力参数 χ 的方法，并于 1963 年给出了根据 4 种不同的压实粘土样品剪切实验得到的参数χ 与饱和度的关系 。Bishop的非饱和土有效应力公式及抗剪强度理论公式提出后，相继有许多学者从理论和实验两方面研究不同类型土的有效应力参数 χ 的确定，研究表明参数 χ 与非饱和土的结构、应力历史、饱和度及问题性质(是变形问题还是强度问题)等因素有关.Khalili等(1998)利用 14 种土的实验结果给出了14 种土的有效应力参数 χ 和基质吸力的关系，通过对这 14 种土的实验数据分析，绘出了参数χ 和基质吸力比 （3）式 中为 土 的 进 气 值 (The air entry value), 如将(3)式代入(2)式可得 （4）图 1 非饱和土样的抗剪强度实验结果3 Fedlund 理论及修正Fredlund 等(1978)根据非饱和土的双应力变量()理论，提出非饱和土抗剪强度理论公式 （5）参数tanφb为基质吸力的内摩擦系数，对于同一种土样为常数. 这一理论公式提出时假设非饱和土抗剪强度与基质吸力成线性正比关系，对于基质吸力恒定的非饱和土样，其摩尔圆与饱和土的摩尔圆一样，当基质吸力变化时非饱和土的摩尔圆也随着变化。 (1995)利用非饱和土的土-水特征曲线方程确定非饱和土抗剪强度随吸力变化的非线性规律，得到了下面的非饱和土抗剪强度公式 （6）4非饱和膨胀土的抗剪强度卢肇钧等(1992，1997)通过实验对非饱和膨胀土的膨胀力与吸力及含水量、非饱和膨胀土的膨胀力与抗剪强度的关系进行了研究，得到了用膨胀力表示的非饱和膨胀土抗剪强度 （7）其中，是非饱和膨胀土的膨胀力， m 是由实验确定的膨胀力的有效系数 1。缪林昌和殷宗泽(1999)通过南阳膨胀土抗剪强度的实验研究，总结出了非饱和土抗剪强度的双曲模型公式 （8）5 非饱和黄土的抗剪强度黄土遇水产生湿陷变形