非饱和黄土的结构强度与抗剪强度
非饱和土的强度及变形特性
目录1概述2非饱和土基本特性3应力状态变量3.1吸力3.2有效应力3.3应力状态变量.4强度理论4.1Mohr一Coulomb准则4.2非饱和土的破坏准则4.3非饱和土抗剪强度公式的讨论5变形特性岩土工程中的非饱和土比比皆是，主要是自然干燥土和压实土。
在地基工程、边坡工程和洞室工程中尤为常见，因此研究非饱和土的性质实属必要。
非饱和土力学涉及的一系列工程，如土坝的建造与运行、环境条件变化情况下的天然土坡、竖直挖方的边坡稳定、膨胀土造成的地面隆起及湿陷性土中的许多实际问题，均要对土的渗流、体变和抗剪强度特性有所了解才能解决。
非饱和土是由固相、液相和气相组成的复合介质，其性质远比饱和土复杂。
目前对非饱和土的研究还停留在初步阶段，对非饱和土力学涉及的实际问题还缺乏建立在非饱和土三相特性基础之上的严密理论和正确解决方案。
非饱和土分布广，并且应用广，但对其特性研究不足的矛盾使得对非饱和土问题的解决成为日益紧迫的研究课题。
1 概述1936年召开的第一届国际土力学和基础工程会议为建立饱和土力学的原理和公式提供了论坛，这些原理和公式在随后几十年的研究工作中始终起着关键性的作用。
在同一会议上讨论了有关非饱和土性状的许多论文，但遗憾的是没有出现适用于非饱和土的类似的原理和公式。
随后的岁月非饱和土理论发展缓慢（Fredlund,1979），一直到50年代后期，解释非饱和土性状的若干概念才在英国帝国大学建立起来（Bishop,1959）。
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年代进行大规模城市建设的时候，兴建了大量与城市建设有关的灌溉工程和交通工程，使工程师感到困难的就是地下水位以上土体中水的流动问题。
他们使用了毛细作用来描述水从地下水位向上的流动，以后对土中毛细水流动的研究至少长达20年。
在1936年的国际会议上，Ostashev 提出了两篇有关土中毛细作用的论文，他指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。
非饱和黄土的强度特征及其边坡稳定性分析的开题报告
非饱和黄土的强度特征及其边坡稳定性分析的开题报告
1. 研究背景
非饱和黄土是一种重要的地质工程材料，广泛应用于各种土木工程中，如基础、边坡、道路等。
然而，由于其含水量变化对强度特征和稳定性的影响很大，因此如何准确地评估非饱和黄土的强度特征和边坡稳定性成为了一个基础而重要的问题。
2. 研究目的
本研究旨在探究非饱和黄土的强度特征，如摩擦角、剪切强度、压缩模量等，并根据这些特征对边坡稳定性进行分析和评估，为实际工程中的土木工程师提供参考和指导。
3. 研究内容
（1）研究非饱和黄土的水分状态对其强度特征的影响，包括干燥状态、饱和状态、非饱和状态下的摩擦角、剪切强度、抗压强度等指标的变化规律。
（2）探究非饱和黄土的压缩性质，如压缩模量、压缩指数等指标的变化规律。
（3）分析非饱和黄土边坡的稳定性，并建立稳定性分析模型，考虑场地的实际情况，如边坡高度、坡面坡度、土体倾角、降雨和地震等外部因素对边坡稳定性的影响。
4. 研究方法
（1）室内试验，通过常规试验、直剪试验、压缩试验等方法研究非饱和黄土的强度特征和压缩性质。
（2）采用有限元软件进行数值分析，建立非饱和黄土边坡稳定性分析模型，并考虑实际场地情况，进行模拟分析。
5. 研究意义
（1）深入探究非饱和黄土的强度特征和压缩性质，为工程设计和施工提供基础数据和准确的参数。
（2）建立非饱和黄土边坡稳定性分析模型，为土木工程师提供可靠的风险评估和边坡设计依据。
（3）对工程实际应用具有重要的参考和指导价值。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析一、引言在地质工程中，土质边坡的稳定性是一个重要的研究领域。
尤其是在非饱和到饱和状态变化的过程中，土的物理力学性质会发生显著改变，进而影响边坡的稳定性。
本文将深入分析这一变化过程中土质边坡的稳定性问题，为地质工程提供理论依据和实践指导。
二、非饱和状态下的土质边坡稳定性在非饱和状态下，土的强度和稳定性主要取决于土的抗剪强度。
非饱和土的抗剪强度受多种因素影响，如土的粒度分布、结构特性、含水率以及外部荷载等。
在非饱和状态下，土的抗剪强度随着含水率的增加而逐渐降低，但当含水率达到一定阈值时，土的强度会突然降低，导致边坡失稳。
三、饱和状态下的土质边坡稳定性当土体进入饱和状态时，土的物理力学性质将发生显著变化。
在饱和状态下，土的抗剪强度主要由孔隙水压力决定，而孔隙水压力的大小与土的渗透性、外部荷载以及边界条件等因素有关。
在饱和状态下，边坡的稳定性受多种因素影响，如土的渗透性、饱和度、以及地下水位等。
四、非饱和到饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和到饱和状态的变化过程中，土的物理力学性质将发生连续变化。
这种变化将直接影响边坡的稳定性。
一方面，随着含水率的增加，土的抗剪强度逐渐降低；另一方面，饱和状态下土的渗透性增强，可能导致边坡内部产生较大的孔隙水压力，从而降低边坡的稳定性。
此外，地下水位的变化也会对边坡的稳定性产生影响。
五、分析方法与模型为了分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，需要采用合适的分析方法和模型。
目前常用的方法包括极限平衡法、有限元法、离散元法等。
这些方法可以有效地模拟土质边坡在非饱和和饱和状态下的应力-应变关系以及变形过程。
同时，还需要考虑土的渗透性、含水率、地下水位等因素对边坡稳定性的影响。
六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过现场试验和数值模拟等方法，分析该边坡在非饱和和饱和状态下的稳定性。
非饱和土抗剪强度公式分类及总结
非饱和土抗剪强度公式分类及总结张常光;赵均海;朱倩【摘要】The shear strength formulae for unsaturated soils were divided into five categories, such as using soil-water characteristic curve, mathematical fitting, piecewise functions, total stress indicators and other forms. Characteristics and deficiencies of the current research on shear strength formulae for unsaturated soils were analyzed. The results show that some differences in mechanical significance exist between shear strength formulae based on the effective stress and shear strength formulae based on the two-stress state variables. Different expressions of suction strength lead to diversities of the shear strength formulae. True triaxial tests of unsaturated soils are urgent need to be carried out and strength theory of unsaturated soils satisfying the actual engineering stress conditions is to be established in order to improve the theoretical basis of unsaturated soils and accelerate the process of engineering applications.%将众多非饱和土抗剪强度公式分为结合土-水特征曲线、数学拟合、分段函数、总应力指标及其他形式5类,分析了当前非饱和土抗剪强度公式的特点及研究不足.结果表明:有效应力抗剪强度公式和双应力状态变量抗剪强度公式的力学本质不同,吸附强度表达式的不同导致了抗剪强度公式的多样性,急需加强非饱和土真三轴试验研究,建立符合工程实际受力状况的非饱和土强度理论,完善非饱和土的理论基础,并加快非饱和土强度理论的工程实践与应用进程.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2012(029)002【总页数】9页(P74-82)【关键词】非饱和土;基质吸力;抗剪强度公式;真三轴试验【作者】张常光;赵均海;朱倩【作者单位】长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061;长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061;长安大学建筑工程学院,陕西西安 710061【正文语种】中文【中图分类】TU4320 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［1］。
非饱和土抗剪强度
“非饱和土抗剪强度”资料合集目录一、含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响二、基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响三、非饱和土抗剪强度理论的研究进展四、非饱和土抗剪强度公式分类及总结含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响土壤力学是研究土壤力学性质及其应用的学科，在工程建设、土地资源开发及生态环境保护等领域具有重要意义。
其中，非饱和土抗剪强度和单桩承载力是土壤力学中的重要参数，而含水量是影响这些参数的重要因素之一。
本文将探讨含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响，为相关工程实践提供理论指导。
非饱和土抗剪强度是指土壤在非饱和状态下的抗剪切能力，其影响因素包括含水量、孔隙比、颗粒级配、矿物成分等。
其中，含水量是影响非饱和土抗剪强度的重要因素之一。
含水量增加会导致土壤颗粒之间的摩擦力和粘聚力降低，从而减弱土壤的抗剪强度。
反之，含水量减少则会使土壤颗粒之间的相互作用增强，从而提高土壤的抗剪强度。
单桩承载力是指单根桩柱在土体中的承载能力，其影响因素包括桩身材料、桩身形状、桩径、桩长、土体性质等。
其中，土体性质是影响单桩承载力的关键因素之一。
含水量增加会导致土体软化，降低土体的承载能力，从而影响单桩承载力。
反之，含水量减少则会使土体强度增加，提高土体的承载能力，从而增强单桩承载力。
为了探讨含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响，我们设计了一系列实验。
我们选取了具有不同含水量的非饱和土样，测定其抗剪强度。
然后，我们采用相同的实验方法，对不同含水量的土样进行单桩承载力测试。
在实验过程中，我们控制了其他影响因素相同，以保证实验结果的可靠性。
经过实验测定，我们获得了不同含水量下非饱和土抗剪强度和单桩承载力的数据。
通过数据处理和趋势分析，我们发现含水量对非饱和土抗剪强度和单桩承载力的影响具有以下规律：随着含水量的增加，非饱和土抗剪强度逐渐降低；在一定含水量范围内，非饱和土抗剪强度和单桩承载力与含水量呈线性关系；当含水量超过一定阈值时，非饱和土抗剪强度和单桩承载力下降速度加快。
《山西非饱和黄土抗剪强度及土水特征曲线室内试验研究》范文
《山西非饱和黄土抗剪强度及土水特征曲线室内试验研究》篇一一、引言山西省作为中国典型的黄土高原地区，其非饱和黄土的力学特性对于工程建设和地质灾害防控具有重大意义。
本文通过室内试验的方法，重点研究山西非饱和黄土的抗剪强度及其土水特征曲线，旨在为相关工程实践提供理论依据。
二、试验材料与方法1. 试验材料试验所使用的黄土取自山西省某地区，具有典型的非饱和黄土特征。
2. 试验方法（1）抗剪强度试验：采用直剪试验法，通过改变垂直压力，测定黄土在不同含水率下的抗剪强度。
（2）土水特征曲线试验：采用压力板法，测定黄土在不同含水率下的基质吸力，绘制土水特征曲线。
三、抗剪强度试验结果与分析1. 抗剪强度随垂直压力变化试验结果显示，非饱和黄土的抗剪强度随垂直压力的增大而增大。
在低垂直压力下，抗剪强度增长较快；随着垂直压力的增大，抗剪强度增长速度逐渐减缓。
2. 抗剪强度随含水率变化含水率对非饱和黄土的抗剪强度有显著影响。
随着含水率的增加，非饱和黄土的抗剪强度先增大后减小，存在一个最优含水率，使得抗剪强度达到最大。
四、土水特征曲线试验结果与分析1. 基质吸力与含水率关系通过土水特征曲线试验，得到基质吸力与含水率之间的关系。
随着含水率的增加，基质吸力逐渐减小；当含水率达到一定值时，基质吸力趋于稳定。
2. 土水特征曲线形态分析土水特征曲线呈现出明显的滞回性，表明非饱和黄土的吸力和释水过程存在明显的能量损失。
滞回环的大小与黄土的颗粒组成、结构性质等因素有关。
五、结论本文通过室内试验研究了山西非饱和黄土的抗剪强度及土水特征曲线，得到以下结论：1. 非饱和黄土的抗剪强度随垂直压力的增大而增大，存在一个最优含水率使得抗剪强度达到最大。
2. 基质吸力与含水率之间呈负相关关系，土水特征曲线呈现出明显的滞回性。
3. 本研究为山西地区及类似黄土地区的工程建设和地质灾害防控提供了重要的理论依据。
在实际工程中，应根据黄土的力学特性，合理设计工程结构，以保障工程的安全与稳定。
浅析非饱和黄土的力学特性
浅析非饱和黄土的力学特性【摘要】本文针对黄土作为典型的非饱和土，着重讨论了吸力和抗剪强度的研究现状以及存在的问题，对新世纪我国黄土力学特性的研究提出了发展方向。
【关键词】黄土；非饱和土；吸力；抗剪强度Analysis on the mechanical properties of unsaturated loessLiu Ling(1.Jilin university Changchun Jilin 130000；2.Construction engineering college in Jilin building decorate college Changchun Jilin 130000)【Abstract】Then as a typical loess unsaturated soils, focused on the research suction, module and the current situation and problems in this article.In the new century, the way was proposed tha t China’s Loess study on the mechanical characteristics of the development.【Key words】Loess；Unsaturated soils；Suction；Shear strength1. 前言半个世纪以来，黄土对水的特殊敏感性及其在黄土变形、强度和本够关系等力学特性上所表现出来的影响规律一直是黄土力学特性研究的中心。
非饱和黄土结构性上的不同及其变化是其湿陷的主要原因，与黄土工程灾害及相关的环境灾害密切相关，从工程意义来说，黄土的特殊工程性质最主要的是它的力学性质，作为非饱和土，黄土具有明显不同于饱和软粘土的力学性质。
因此，当含水率发生变化时，黄土相应的力学性能所发生的变化将成为黄土力学发展的关键。
应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律研究
应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律研究应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律研究摘要：本文通过对饱和和非饱和黄土在不同应变速率下进行单轴抗剪试验，研究了应变速率对其抗剪强度的影响规律。
结果表明，应变速率对饱和—非饱和黄土的抗剪强度具有明显影响，且影响程度与饱和度和含水率有密切关系。
在低应变速率下，饱和黄土的抗剪强度较高，而非饱和黄土的抗剪强度较低。
随着应变速率的增加，饱和黄土的抗剪强度逐渐减小，而非饱和黄土的抗剪强度则逐渐增加。
并且，在较高应变速率下，饱和黄土和非饱和黄土的抗剪强度差距逐渐缩小。
关键词：应变速率；饱和—非饱和黄土；抗剪强度；影响规律1. 引言饱和—非饱和黄土是岩土工程中常见的土壤类型之一，研究其基本力学性质对于工程设计和施工具有重要意义。
应变速率是描述变形过程中应变变化的速率，属于实际工程中常见的变量之一。
然而，迄今为止，应变速率对饱和—非饱和黄土抗剪强度的影响规律尚未得到全面研究和理解。
2. 实验方法2.1 实验样品制备选取具有代表性的饱和和非饱和黄土样品，并通过常规方法进行样品制备，保证其质量和一致性。
2.2 单轴抗剪试验在实验设备上进行单轴抗剪试验，选取不同应变速率进行加载。
对于饱和黄土，设置不同水位以控制饱和度；对于非饱和黄土，根据不同条件控制其含水率。
3. 实验结果与分析3.1 饱和黄土的抗剪强度在低应变速率下，饱和黄土具有较高的抗剪强度，随应变速率的增加，其抗剪强度逐渐减小。
实验结果显示，当应变速率较小时，黄土颗粒更容易获得良好的排列状态，从而提高抗剪强度。
而当应变速率较高时，黄土颗粒之间的相互作用时间较短，排列不够紧密，导致抗剪强度下降。
3.2 非饱和黄土的抗剪强度与饱和黄土相比，非饱和黄土在低应变速率下具有较低的抗剪强度，随着应变速率的增加，其抗剪强度逐渐增加。
这是因为非饱和黄土在较低应变速率下，水分含量较高，容易产生液化现象，导致抗剪强度下降。
而当应变速率较高时，黄土中水分排出较快，颗粒间的接触面较大，从而增加了抗剪强度。
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2001年7月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO第7期收稿日期:2000205223基金项目:陕西省自然科学基金资助项目、原西北农业大学青年教师专项基金.作者简介:党进谦(1964-),男,硕士、副教授,主要从事土力学方面的教学及研究.文章编号:055929350(2001)0720079205非饱和黄土的结构强度与抗剪强度1党进谦1,李 靖1(11 西北农林科技大学水利与建筑工程学院,陕西杨凌 712100)摘 要:本文分析了非饱和黄土强度的组成和结构强度的来源,给出了结构强度的确定方法,研究了结构强度的变化规律,结果表明:非饱和黄土的结构强度可用其天然结构破坏后所丧失的强度衡量,结构强度与初始含水量间具有幂函数关系;结构强度与不稳定凝聚力具有良好的线性关系;提出了非饱和黄土结构强度终止含水量的概念;给出了非饱和黄土抗剪强度的计算公式.关键词:非饱和黄土;结构强度;抗剪强度;含水量中图分类号:T U41117 文献标识码:A 非饱和黄土的结构强度是在黄土结构形成过程中产生的.在干旱半干旱条件下,非饱和黄土形成了以粗粉粒为主体骨架的架空结构[1],粗粉粒接触点处的胶结物质形成了较强的联结强度,使黄土在低含水量下表现出较高的强度,但当含水量增大时,其强度迅速降低,可见非饱和黄土的结构特性对其工程性质起着决定作用.结构性的存在使非饱和黄土表现出一定的超固结特性,其抗剪强度规律不符合正常的库伦公式[2];结构特性是黄土发生湿陷的主要因素,黄土的湿陷变形能否发生,完全取决于结构强度能否丧失及丧失程度[3];结构强度破坏前,原状黄土的压缩性很小,结构强度破坏后,压缩性显著增大[4].本文从非饱和黄土强度的组成入手,通过试验研究,寻求非饱和黄土结构强度的变化规律,探讨非饱和黄土的结构强度在抗剪强度中的应用.1 非饱和黄土的结构强度111 强度的组成 非饱和黄土的强度主要由摩擦强度和凝聚强度两部分组成,摩擦强度是土体抗剪强度的重要组成部分,由土颗粒接触面或颗粒与胶结物质接触面上的摩擦产生,大小为土所受的外加有效正应力与内摩擦系数的乘积,反映指标为土的内摩擦角.文献[5]指出一般粘性土的内摩擦角取决于土的矿物成分,与塑性指数有良好的统计关系,当土生成后,在密度不变时,内摩擦角主要随含水量发生变化,变化范围较小,一般不超过±2°.可见黄土生成后,只要密度不发生变化,用同一试验方法测定的内摩擦角比较稳定,一般可用试验测得的平均内摩擦角表示.凝聚强度是非饱和黄土抗剪强度、结构强度、抗拉强度的主要组成部分,包括:①由水膜的物理化学作用、粘土矿物颗粒的粘结和颗粒间的分子引力形成的原始凝聚力;②黄土在生成过程中,聚集在粗颗粒接触点处的胶体颗粒、腐殖质胶体和可溶盐等胶结物质形成的加固凝聚力;③非饱和土的基质吸力和毛细压力形成的强度,该强度与外力无关,在常规剪切试验中,表现出与一般凝聚力相似的性状,应属凝聚强度的一部分,称为吸附凝聚力.非饱和黄土的加固凝聚力与吸附凝聚力均随土体含水量的增大而减小,直至土体接近饱和时完全消失,是不稳定不可靠的.112 结构强度的形成 结构强度是土结构在生成过程中形成的一种胶结性的联结强度,是结构性粘土特有的,伴随土体结构的生成而生成,随土体结构的破坏而消失.黄土是在干旱半干旱条件下形成的,季节性的短期雨水把松散的干燥粉砂颗粒粘结起来,而长期的干旱使土中水分逐渐蒸发,土孔隙中的毛细作用使少量的水分连同溶于其中的盐类都集中在粗粉砂的接触点处,可溶盐逐渐浓缩沉淀成为胶结物,与附于粗粉粒表面的胶体颗粒、腐殖质胶体共同增强了土颗粒间抵抗滑移的能力,防止了土体的自重压密,形成了以粗粉粒为主体骨架的架空结构.集合于粗粉粒接触点处的各种胶结物质和水分子形成了胶结性的联结,该联结强度(加固凝聚力)与原始凝聚力、吸附凝聚力和摩擦强度共同保持着黄土的天然结构,当黄土的天然结构在外力作用下发生破坏时,土粒间的接触点破坏,粗粉粒接触点处的各种胶结物质和水分子形成的胶结强度逐渐丧失,吸附凝聚力亦有部分丧失.因此,非饱和黄土的结构强度来源于加固凝聚力,以及吸附凝聚力的增量,其大小为非饱和黄土的天然结构破坏后所丧失的强度,可用原状黄土与相应的重塑黄土的应力差表示.113 结构强度的测定 试验用土为Q2、Q3非饱和黄土,取自陕西杨凌渭河北台塬坡地.Q2黄土颜色较深,土质均匀,坚硬状态,大孔隙较少,无湿陷性;Q3黄土为淡黄色,土质均匀,坚硬状态,针状大孔隙发育,具有中等湿陷性.两种土样的基本物理性质指标见表1.表1 土样的物理性质指标W (%)ρΠ(gΠcm3)ρdΠ(gΠcm3)G e颗粒组成(%)011～0105Πmm0105～01005Πmm<01005mmW L(%)I pQ211121168115121720180011106410251033121210 Q313111162114321710189213166611201331111110 试样的制备要求严格控制其含水量和密度,同一类土各试样的干密度应近似相等.将现场取回的原状土样分别制成不同初始含水量的原状试样和相应的(同含水量,同密度)重塑试样,重塑试样的制备,先将风干土样碾碎、过筛、拌匀,充分破坏土样的天然结构,然后按所需含水量均匀加水搅拌,保湿静置一昼夜,分层击实至要求的密度,再切取试样,要求含水量和密度的制样误差不超过1%.初始含水量分别控制为11%、13%、15%、17%、19%、21%、23%、25%、27%9种,试验前称重反算各试样的初始含水量,以反算的初始含水量为准.试验在南京土壤仪器厂生产的应变控制式直剪仪上进行,采用快剪法,剪切速率为214mmΠmin,剪切历时3～5min,垂直压力分别为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa.试样在各级压力下的抗剪强度取峰值强度或应力-应变曲线上变形量为4mm所对应的强度.分别测定每一初始含水量的原状试样与相应的重塑试样的应力-应变曲线,用摩尔-库伦定律整理试验资料(见表2、表3).表2 Q2黄土的直剪试验结果W (%)ρdΠ(gΠcm3)原状试样重塑试样C sΠkPa<°tan<cΠkPa<°tan<q sΠkPa1112115114910231001424108211501394218 131111501031122180142078211301390144 15121153821423100142463211001384106 1713115263182215014145121120138877 1913115053132218014204020180138058 2115115347102215014143320150137448 2316115139162210014042820100136436 2514115133172118014002520130137026 2713115030172115013942220100136421表3 Q 3黄土的直剪试验结果W(%)ρd Π(g Πcm 3)原状试样重塑试样C s ΠkPa<°tan <c ΠkPa<°tan <q s ΠkPa 1111114411510211001384801914013521951313114378102110013846719120134812415141143601520170137851191201348911711114447102015013744018180134066191511423810201001364311910013445021141143311520100136425181801340372316114226191915013542119100134428251511452314191301350181910013442527151143221519100134416181801340202 非饱和黄土结构强度的变化规律11原状黄土;21重塑黄土;31原状黄土与重塑黄土应力差-应变曲线图1 应力-应变关系曲线211 结构强度的发挥规律 由图1可见,原状黄土的应力-应变曲线有一明显的转折点,重塑黄土由于结构强度已破坏,其应力-应变曲线与原状黄土的相比有明显的不同,表现为应变硬化型,在大应变下两条曲线接近重合.原状黄土应力-应变曲线表现出的形态,与黄土的内部结构有着直接的联系,在转折点之前,应力-应变基本呈线性关系,曲线很陡,应变量很小,表明加固凝聚力发挥了主要作用;接近转折点时,黄土结构的大部分接触点陆续接近最紧张状态,并有相对滑动的趋势;到达转折点后,保持黄土天然结构的各部分强度抵不住剪应力的作用,颗粒间产生相对移动,加固凝聚力逐渐被破坏,导致黄土内部结构的破坏,当土的结构产生某种程度上的破坏促成土颗粒散化后,才引起结构的变形,应力-应变曲线比较平缓.图1中的曲线3为原状黄土与相应的重塑黄土的应力差随应变量的变化曲线,称为非饱和黄土的结构特性曲线,直观地反映了结构特性在应力-应变关系中的发挥和消失过程.随着剪应变的增大,结构特性的变化曲线分为两段,分界点与原状黄土应力-应变曲线转折点相对应.在分界点之前,应力随应变量的增加而急剧增大,表明非饱和黄土的结构强度迅速发挥,到达分界点处达到极大值,之后应力差随应变量的增加逐渐降低,当应变量增大到15%时接近于零,表明非饱和黄土的天然结构逐渐发生破坏,当应变量达到15%时,颗粒间的重新排列基本完成,结构特性也丧失殆尽.也就是说分界点为非饱和黄土的天然结构发生破坏的起点,因此,本文取原状黄土应力-应变曲线转折点处所对应的应力差为非饱和黄土的结构强度.212 结构强度的变化规律 由以上分析可知,同一种非饱和黄土在密度不变的条件下,强度主要受含水量影响,本文测定了非饱和黄土在不同初始含水量下的结构强度与抗剪强度,将结构强度随含水量的变化规律绘于直角坐标系中(图2),可见非饱和黄土的结构强度随初始含水量的增大而连续降低,而且在低含水量下的降低幅度远大于高含水量下的.在低含水量下,非饱和黄土中的水分在土结构内的分布很不均匀,占土重量少数的小颗粒却占大部分的水分,文献[1]研究表明:当非饱和黄土的总含水量变化1%时,小颗粒的含水量有5%左右的变化,因此,在低含水量下,含水量的微小变化对结构强度有着相当大的影响.由图2知,非饱和黄土的结构强度与初始含水量之间有幂函数关系,可描述为q s =Awλ(1)式中:q s 为非饱和黄土的结构强度,kPa ;w 为初始含水量,%;A ,λ为由土的性质决定的参数.回归分析得到试验用Q 2黄土的参数A =107378,λ=-21551,R =01982;Q 3黄土的参数A =86778,λ=-21526,R =01989.结构强度与初始含水量间的关系曲线见图2.11q s-w曲线;21c s-w曲线;31τs-w曲线图2 强度-含水量关系曲线非饱和黄土的结构强度随初始含水量的增大而向弱性转化,当非饱和黄土的初始含水量增大到一定程度,其结构强度很小,甚至消失,将该含水量定义为非饱和黄土的结构强度终止含水量,物理意义为非饱和黄土结构强度消失时的最小含水量.结构强度终止含水量的大小与土中胶体颗粒的含量、可溶盐的含量及性质有关.结构强度终止含水量的概念对预测非饱和黄土的工程性质有着特殊的意义,当非饱和黄土的天然含水量小于结构强度终止含水量时,其强度较高,压缩变形量小,但会发生湿陷变形,而且当两种含水量差值越大,结构强度对土的工程性质影响越大,由于结构强度是不稳定的,在工程设计中应特别慎重,否则,可能招致工程事故.如果非饱和黄土的天然含水量大于结构强度终止含水量,其强度较低,压缩变形量大,但不会发生湿陷变形.3 非饱和黄土的抗剪强度前述分析可知,非饱和黄土生成后,只要密度不发生变化,用同一种试验方法测定的内摩擦角比较稳定,与饱和黄土的内摩擦角近似相等,本文用试验测定的平均内摩擦角表示.依据库仑公式,非饱和黄土的抗剪强度公式为τf=c s+σtan<(2)式中:cs为原状非饱和黄土的凝聚强度,包括原始凝聚力,加固凝聚力和吸附凝聚力,它随初始含水量发生变化(图2),相关公式为cs=BWβ.非饱和黄土的抗剪强度由原始凝聚力、摩擦强度和不稳定凝聚力共同组成.从微观来看,黄土中胶结物质的成分和性质十分复杂,要确定不稳定凝聚力对黄土抗剪强度的贡献很困难.研究表明[213]:黄土的力学性质在很大程度上取决于土的结构,土颗粒接触点的性质和数量与黄土天然结构的稳定性直接相关,也就是说土颗粒间的接触点直接影响了黄土的抗剪强度,因此,非饱和黄土的结构强度体现了不稳定凝聚力对抗剪强度的贡献,这样就把确定不稳定凝聚力对抗剪强度的贡献转化为确定非饱和黄土的结构强度.非饱和黄土的抗剪强度公式可表示为:τf=c+σtan<+τs(3)比较式(2)和式(3),得τs=c s-c(4)式中:τs为不稳定凝聚力,kPa;c为原始凝聚力,kPa,其值等于饱和黄土的凝聚力.试验测定得到Q2黄土的原始凝聚力c=18kPa,Q3黄土的原始凝聚力c=12kPa.不同初始含水量下,Q2、Q3黄土的结构强度、凝聚强度、不稳定凝聚力见表4、表5.由图2知,非饱和黄土的结构强度和不稳定凝聚力均与初始含水量间有幂函数关系,则不稳定凝聚力与结构强度之间有很好的相关性.表4和表5计算表明,同一种非饱和黄土,不稳定凝聚力与结构强度的比值近似为一常数,不受初始含水量变化的影响,取τsΠ(qstan<)的平均值作为常数m,即τ=mq s tan<(5)s式中:m为随土类而变化的参数.因此,以非饱和黄土的结构强度代替不稳定凝聚力的抗剪强度公式为τ=c+σtan<+mq s tan<(6)s黄土的结构强度与表观强度表4 Q2W(%)ρdΠ(gΠcm3)q sΠkPa c sΠkPa cΠkPaτsΠkPa tan<τsΠq sτsΠq s tan< 1112115121814910181013110014130160111455 131111501441031118108511014130159111431 15121153106821418106414014130160811471 1713115277631818104518014130159511440 1913115058531318103513014130160911474 2115115348471018102910014130160411463 2316115136391618102116014130160011453 2514115126331718101517014130160411462 2713115021301718101217014130160511464表5 Q黄土的结构强度与表观强度3W(%)ρdΠ(gΠcm3)q sΠkPa c sΠkPa cΠkPaτsΠkPa tan<τsΠq sτsΠq s tan< 1111114419511510121010310013660152811443 13131143124781012106610013660153211454 1514114391601512104815013660153311456 1711114466471012103510013660153011449 1915114250381012102610013660152011421 2114114337311512101915013660152711440 2316114228261912101419013660153211454 2515114525231412101314013660153611464 27151143202215121010150136601525114344 结语(1)非饱和黄土的结构强度主要来源于粗粉粒接触点处的胶结物质形成的加固凝聚力和吸附凝聚力的增量,其大小为原状黄土应力-应变曲线转折点处所对应的原状黄土与相应的重塑黄土的应力差;(2)非饱和黄土的结构强度随初始含水量的增大而连续降低,两者之间具有幂函数关系;(3)结构强度终止含水量是非饱和黄土结构强度丧失时的最小含水量,对预测非饱和黄土的工程性质有着特殊的意义;(4)非饱和黄土的凝聚强度包含原始凝聚力,加固凝聚力和吸附凝聚力,与初始含水量具有幂函数关系;(5)提出了非饱和黄土的抗剪强度公式.由于结构强度qs和参数m的测定技术简单易行,为现场工程师计算非饱和黄土的抗剪强度提供了一种简便方法.本文的所有结论是对快剪试验资料的分析得到的,其它试验结果是否符合上述规律,有待进一步研究.参 考 文 献:[1] 林崇义.黄土的结构特性[A].中国科学院土木建筑研究所土力学研究室.黄土基本性质的研究[C].北京:科学出版社,1961.1-10.[2] 党进谦,郝月清.含水量对黄土结构强度的影响[J].西北水资源与水工程,1998,9(2):15-19.[3] 吴侃,郑颖人.黄土结构特性研究[A].章连洋,查金星.中国土木工程学会第六届土力学及基础工程学术会议论文集[C].上海:同济大学出版社,1991:131-134.[4] 党进谦,李靖.非饱和黄土压密变形规律的研究[J].西北农业大学学报,1998,26(增刊):11-15.[5] 卢肇钧.粘性土抗剪强度研究的现状与展望[J].土木工程学报,1999,32(4):1-9.(下转90页)[3] Lindell E O,K evin E L.Optimal control of water supply pum ping systems[J].J.of Water Res 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strength and shear strength of unsaturated loessDANGJin2qian1,LI Jing1(11Northwest Science and Technology Univer sity o f Agriculture and Forestry,Yangling 712100,China)Abstract:The constitution and s ource of structural strength for unsaturated loess is analyzed.The meth2 od to determine the structural strength is proposed and the variation law of strength is studied.It is shown that the structural strength of unsaturated loess can be measured by the strength lost due to destruction, the relationship between strength and initial water content is exponential and the strength is linearly relat2 ed to unsettled cohesion.The concept of terminative water content is suggested and the calculation formu2 la for shear strength of unsaturated loess is obtained based on the experimental data.K ey w ords:unsaturated loess;structural strength;shear strength;water content。