基于土—水特征曲线的非饱和黄土强度研究

论文摘要

随着社会经济的发展和人类工程活动的日益增多,非饱和土在实际工程中的问题也日益显现。作为非饱和土研究的重要对象—黄土,其一系列力学性质均存在一定的特殊性,表现出很强的结构性和水敏性,黄土的这些性状很难用经典土力学的理论加以解决。本文针对黄土的强度问题,基于非饱和土力学理论,通过基质吸力的测定、剪切试验等手段,研究了基质吸力对黄土强度的影响,并对非饱和土边坡稳定性的分析方法进行了探讨,取得了如下成果：（1）对宁夏南部地区的原状和重塑黄土进行了基质吸力测试,绘制了土-水特征曲线。分析发现黄土基质吸力的变化与水在土中的赋存状态（稠度状态）和微观颗粒间作用力的类型密切相关,表现出基质吸力随含水率的减小不断增大的规律；而且原状试样的残余含水率比重塑试样的小,基质吸力值比重塑土的大,表明黄土的结构和应力历史对基质吸力影响较大。（2）基质吸力是吸应力的一部分,通过对原状黄土和重塑黄土变含水率的剪切试验,得出了不同基质吸力下抗剪强度参数。分析发现：黄土从饱和状态到干燥状态,土中基质吸力逐渐增大,相应的粘聚力成倍增长,但土的内摩擦角变化很小。可见含水率（基质吸力）对抗剪强度的影响主要是通过粘聚力表现的,传统的粘聚力实质上是土颗粒间的吸应力在剪切面上引起的吸附摩擦强度。另外,在同一含水率（基质吸力）条件下,土的抗剪强度随正应力的增大而增大,也就是说在吸附摩擦强度不变时,土的抗剪强度取决于由外荷载引起的净摩擦强度。因此,基于吸应力的抗剪强度公式更准确的反映了土颗粒沿剪切面相互错动破坏的摩擦机制。（3）介绍了基于吸应力概念和摩尔-库仑破坏准则求取土的各向同性抗拉强度σtia。和单轴抗拉强度σtua的方法,并利用这一方法原理和黄土的土-水特征曲线研究了非饱和黄土的抗拉强度特征,提出了土坡张裂缝深度计算公式。（4）推导出基于吸应力（饱和度）的土坡稳定性瑞典条分法公式,该公式清楚地反映了土坡破坏的净摩擦机制和吸附摩擦机制,为定量分析降雨入渗情况下的土坡稳定性提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的目的和意义
• 1.2 非饱和土的发展历史及研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 技术路线
• 第二章 非饱和土的基质吸力、吸应力和有效应力
• 2.1 非饱和土中的基质吸力与吸应力
• 2.2 非饱和土中吸应力与有效应力
• 2.3 本章小结
• 第三章 非饱和黄土土-水特征曲线的测量
• 3.1 测试方法
• 3.1.1 土壤张力计简介
• 3.1.2 测量原理
• 3.2 原状和重塑黄土的土-水特征曲线测定
• 3.3 黄土的土-水特征曲线测量结果分析
• 3.3.1 土-水特征曲线变化规律及机理
• 3.3.2 原状、重塑土土-水特征曲线试验结果比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于土-水特征曲线的非饱和黄土抗剪强度研究
• 4.1 概述
• 4.2 吸应力特征曲线
• 4.3 不同基质吸力下黄土抗剪强度的测定
• 4.3.1 试验方案及结果
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.4 黄土的吸应力与抗剪强度
• 4.5 实验验证吸应力特征曲线
• 4.6 本章小结
• 第五章 非饱和黄土的抗拉强度
• 5.1 概述
• 5.2 基于吸应力概念和Mohr-Coulomb破坏准则的抗拉强度
• 5.2.1 基于Mohr-Coulomb破坏准则的抗拉强度
• 5.2.2 吸应力和抗拉强度的关系
• 5.3 非饱和黄土的抗拉强度
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于吸应力的土坡稳定性分析方法探讨
• 6.1 概述
• 6.2 均质土坡直立开挖时的张拉破坏
• 6.3 基于吸应力强度公式的土坡稳定极限平衡分析法
• 6.3.1 条分法的概念
• 6.3.2 基于吸应力的抗剪强度公式应用
• 6.3.3 基于吸应力强度公式的瑞典条分法
• 6.4 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 致谢