非饱和土有效应力公式的初步验证

摘要

非饱和土是一种由固、液、气三相组成的多相体。非饱和土广泛地分布于实际工程中，其工程特性相对于饱和土要更为复杂，与之相关的土力学理论研究也尚不完善。在非饱和土力学中，非饱和土有效应力理论一直是非饱和土力学理论研究的一个最基础和重要的课题。经过近半个世纪的努力，一批研究人员基于试验数据和理论方法推导了不同类型的非饱和土有效应力公式，其中包括邵龙潭教授提出的统一有效应力公式，该公式是基于连续介质力学理论推导而来的，不仅具有一定的理论基础而且还阐明了土体中有效应力所代表的物理意义，从而能够将饱和与非饱和土的强度与变形问题有机结合起来。为了验证该理论的适用性，本文通过大量的试验数据从强度的角度对该公式进行了验证。
　　本文在统一有效应力公式的基础上进一步推导了针对三轴和直剪应力状态下的有效应力公式，采用带有数字图像量测系统的三轴仪、压力板仪法以及滤纸法对高岭土的强度和土-水特性进行了试验研究，整理了大量国内外已发表的试验数据，对该理论进行了详细的证明，得出了如下结论：
　　(1)采用连续介质力学理论所推导的非饱和土有效应力公式计算的结果与非饱和高岭土常含水量三轴试验结果吻合较好，该理论也同样适用于所分析的粉质砂土、粉质粘土、弱膨胀土等典型土样的抗剪强度计算，针对不同的制样方法(压实与原状样)、不同的强度试验方法(控制基质吸力或含水量)、不同试验仪器(直剪或三轴仪)、不同应力路径(干湿循环或者不同应力状态)所得到的土样的抗剪强度都能进行合理的预测，这些因素只是靠改变其有效应力来产生强度差异的；
　　(2)由于高岭土的进气值较高，滤纸法能够很好地对压力板仪所测得的数据进行衔接和补充，增加了其基质吸力范围。所采用的四参数 VG模型不仅对高岭土的 SWCC试验结果拟合地较好，而且对引用中所分析土样的 SWCC曲线数据能够进行很好的拟合，所得参数能很好的反映土样的土-水特性；
　　(3)采用非饱和高岭土常含水量三轴试验方法较控制基质吸力的三轴试验更加节省时间，通过数字图像测量的方法能够较精确地计算土样在剪切破坏前的体变进而可以得出变形过程中饱和度的变化。

目录

声明

1 绪论

1 .1 非饱和土强度研究背景及意义

1 .2 国内外研究现状与进展

1 .3 主要研究内容

2 非饱和高岭土三轴试验研究

2 .1 试验目的

2 .2 试验原理

2.3 试验仪器

2.4 试验材料

2.5 试验方案

2.6 试验步骤

2.7 试验结果及其分析

2.8 本章小结

3 土-水特性曲线（SWCC）概述与试验研究

3.1 SWCC曲线的定义

3.2 土-水特性曲线的数学模型

3 . 3 高岭土SW CC试验

3.4 本章小结

4 统一有效应力理论公式推导与验证

4.1 三轴和直剪试验下的统一有效应力公式推导

4.2 非饱和高岭土三轴试验验证

4.3 国内外已发表试验数据验证

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢