湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨.docx

湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨3Absorbedsuctionandprincipleofeffectivestressinunsaturatedsoils汤连生王思敬(中山大学地球与环境科学学院地球科学系,广州,510275)(中国科学院地质研究所工程地质力学开放实验室,北京,100029)文摘提出并阐述了湿吸力的概念,分析了非饱和土的孔隙水压力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别,探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题。基于湿吸力概念,分析并给出了有效应力公式,建议了非饱和土的状态分类及有效应力原理。文中明确解释了Bishop有效应力公式中经验参数χ的物理意义、表达式及其适用范围和影响因素。最后,讨论了非饱和土状态分类原则及其力学分析方法,并指出:非饱和土变形理论的研究,首先应采用细观土力学方法,然后上升到宏观及应用。关键词非饱和土,毛细压力,基质吸力,湿吸力,含水状态,有效应力中图法分类号TU431作者简介汤连生,男,1963年生,副教授,硕士生导师,在职博士研究生,现在中山大学地球与环境科学学院地球科学系从事工程地质、岩土力学的教学与科研工作。TangLianshengWangSijing(DepartmentofEarthSciences,ZhongshanUniversity,Guangzhou,510275)(InstituteofGeology,theChineseAcademyofSciences,Beijing,100029)AbstractInthispaper,theconceptofabsorbedsuctionbetweensoilgrainscausedbycapillaryresponseisgivenandexpounded,andtherelationandbasicdistinctionamongthisabsorbedsuction,surfacetensionandcapillarypressureofthesoilareestablished.Thelawofabsorbedsuctionchangeandtheprimaryfactorsaffectingitareapproached,andsomeproblemsinexistingprincipleofeffectivestressforunsaturatedsoilanalyzed.Basedonthisabsorbedsuctionconcept,theclassificationofsaturationinsoilandaprincipleofeffectivestressareproposedforunsaturatedsoils.TheempericalparameterχinBishop′seffectivestressformulaisdefined.Lastly,theprimaryfactoraffectingtheeffectivestressorχinunsaturat2edsoils,andtheprincipleforclassificationofunsaturatedsoilsanditsmechanicalmethodstoanalyzeunsaturatedsoilsarediscussed.Keywordsunsaturatedsoil,capillarypressure,matrixpotential,absorbedsuction,saturationstate,effectivestress互作用及表面张力现象是导致非饱和土力学复杂化的原因。因此,在进行非饱和土的水、气运移特性及其有效应力的研究中,一定要重视不同的工程分类土的气、液、固三相的相互作用及表面张力细微观现象的研究。颗粒间的吸力由结构吸力和湿吸力决定。研究非饱和土的有效应力,就必须分别分析湿吸力和结构吸力,然后综合形成有效应力原理。其中结构吸力比湿吸力复杂得多,它和水—土化学作用直接相关,尚有待深入研究。现有的非饱和土状态分类及有效应力原理未如此考虑,是其不成功的根本原因之二。本文提出了新概念湿吸力,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题,建议了非饱和土的状态分类和有效应力原理。前言1非饱和土中存在着大量弥散分布的孔角毛细水、悬挂毛细水、支持毛细水、气泡、大孔洞以及毛细压力的局部化等,于是,就存在几何、力学上的不连续性和非均匀性。这种非均匀性和不连续性还随着外部因素(如外力、温度、蒸发、吸水)的作用过程在演化发展,况且野外非饱和土还存在着层次梯度变化。我们认为已有的非饱和土的有效应力原理及其分析方法存在问题。沿袭饱和土中有效应力原理及其静态的思路,即