非饱和土力学研究现状与进展

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非饱和土力学

亚佛加德罗定律，道尔顿(Dolton)分压定律， Kelvin定律，热力学第一定律，第二定律
• 非饱和土基本特性的学习／1、非饱和土的相态特性
非饱和土的相态特性表明：非饱和土三个组成相的相态特性决定了土的
物理状态（粒度、湿度、密度、构度）和土的化学、电学性质。
它们和不同条件下压力和温度的变化相结合，可以使非饱和土的双电层特性、收缩膜特性以及结构性特性均发生相应的综合性变化，
供的稳定影响，因此，需要再有第二个应力状态变量来直接
或间接地反映弯液面环状水的影响
他依据Houlsby(1997)关于非饱和土单位体积上所出入的能量增量关系采用了孔隙比与基质吸力的乘积
作为第二个应力状态变量，在应力空间内来研究非饱和土的应力应变关系。
• 非饱和土基本特性的学习／3、非饱和土的应力特性
• 非饱和土基本特性的学习／3、非饱和土的应力特性
3、非饱和土的应力特性
明确确定非饱和土的应力特性是研究应力应变关系及强度问题的基础。
非饱和土的应力特性研究必须首先正确揭示和反映收缩膜张力、孔隙水压力、孔隙气压力及基质吸力间的特点、实质联系
及其对土骨架变形强度变化的作用机理。
非饱和土基本特性的学习／3、非饱和土的应力特性
双应力型的应力状态变量
当前，双应力型的应力状态变量得到了广泛的传播与应用。它用净总应力和基质吸力作为两个独立的应力状态变量。它是一种纯粹力学量，与材料性质无关（如固体力学中的应力）。
对用它研究非饱和土变形强度的理论与方法也需要作出进一步的完善与分析
非饱和土基本特性的学习／3、非饱和土的应力特性
对应力特性的一些新探讨
收缩膜张力、孔隙水压力、孔隙气压力及基质吸力的特点、实质联系与力学效应问题涉及到对于非饱和土承担荷载的机理，

土力学作业非饱和土抗剪强度理论的研究进展

[5]KhaliliN,KhabbazM H. A unique relation -ship for the determination of the shear strength of unsaturated soils[J].Geotechnique, 1998, 48(5): 681-687.
[10]卢肇钧等.膨胀力在非饱和土强度理论中的应用[J].岩土工程学报，1997(5)：20-27.
[11]卢肇钧等.非饱和土的抗剪强度与膨胀压力[J].岩土工程学报，1992(3)：1-8.
[12]缪林昌，殷宗泽.非饱和土的剪切强度[J].岩土力学，1999，20(3)：1-6.
[13] Rohm S A,VilarO M. Shear strength ofunsaturatedsandysoil[A]. Proc.1st Int. Conf. UnsaturatedSoils[C]. Paris: [s.n.], 1995. 189-195.
图2非饱和黄土的剪切强度曲面(引自党进谦等，1997)
Fig.2 Shear strength envelop of unsaturated loess
6从粒间吸力对非饱和土抗剪强度理论的解释
汤连生(2001)通过对非饱和土粒间吸力的研究，将作用于非饱和土颗粒上的并对颗粒间相互作用有贡献的吸力(简称粒间吸力)分为：本征结构吸力、可变结构吸力、有效基质吸力、孔隙气压力，孔隙水压力、湿吸力和牵引力五类吸力，如图3示。
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

非饱和土与特殊土测试技术新进展

非饱和土与特殊土测试技术新进展随着工程建设的不断发展，非饱和土与特殊土测试技术在土木工程、地质工程等领域发挥着越来越重要的作用。

近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了显著进展，本文将分别探讨其新进展、应用现状及未来研究方向。

非饱和土是指土体中含水量未达到饱和状态，即含水率低于最大含水率的土。

非饱和土测试技术主要研究土体在非饱和状态下的各种性质，如有效应力、气体传输等。

在非饱和土测试中，气体传输机理是影响测试结果的关键因素。

气体传输包括气体在土体中的扩散和渗透，受到土体孔隙特征、含水率、气压差等因素的影响。

因此，研究气体传输机理对于非饱和土测试技术的进步至关重要。

特殊土是指具有特殊性质的土体，如膨胀土、盐渍土和软粘土等。

这类土体的性质与常规土体存在明显差异，因此在测试技术上也需要针对性地研究。

对于膨胀土，测试重点在于研究其膨胀性和收缩性；对于盐渍土，则需其盐分含量和离子交换等特性；对于软粘土，需要考察其强度和变形特性。

然而，现有的特殊土测试技术仍存在一些问题，如测试结果受环境因素影响大、测试周期长等。

因此，未来研究需要进一步优化测试方法，提高测试效率，同时加强理论模型的研究，以更好地解释测试结果。

近年来，非饱和土与特殊土测试技术取得了诸多新进展。

在非饱和土测试方面，随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，非饱和土力学模型的研究逐渐深入。

新型测试设备如气体渗透仪、压力板仪等也为非饱和土测试提供了更为准确、便捷的手段。

在特殊土测试方面，研究者们针对各类特殊土的特性，研发出了一系列新的测试方法，如超声波检测、电学特性测量等。

同时，有关特殊土体本构关系和数值模型的研究也取得了重要进展，为特殊土体的工程设计和施工提供了更为准确的依据。

非饱和土与特殊土测试技术的不断进步为土木工程和地质工程提供了更为可靠的技术支持。

尽管现有的测试技术已经取得了一定的成果，但仍存在诸多挑战和问题，如气体传输机理的复杂性、特殊土体本构关系的多样性等。

非饱和土力学理论的研究意义及其工程应用

4.会议论文谢定义对非饱和土基本特性的学习与思考 2005
本文在扼要介绍了当前非饱和土力学在土材料基本特性方面的主要成果后,对进一步研究的有关问题做一些力所能及的探讨.本文的内容包括基本特性和若干思考两个部分.
5.期刊论文刘海宁.刘汉东.王思敬.LIU Hai-ning.LIU Han-dong.WANG Si-jing 黄河下游堤防非饱和土边坡稳定
人民长江 YANGTZE RIVER 1999，30(7) 12次
参考文献(1条) 1.Fredlund DC.Rahardjo H 非饱和土力学 1997
相似文献(10条)
1.期刊论文姚攀峰.张明.张振刚.祁生文.YAO Panfeng.ZHANG Ming.ZHZNG Zhengang.QI Shengwen 非饱和土土力
参考文献
１ｈ删Ｄｃ，ｆｔａＩｌａ嫡ｏＨ．非饱和土力学．北京：中国建筑工业出版社，
１９９７．作者简介龚壁卫男长江科学院土工所工程师湖北省武汉市４３∞１０刘艳华女长江科学院土工所硕士湖北省武汉市４３００１０
●…，…】…，忡，一＿詹良通男河海大学硕士江苏省南京市２１００％（收ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ日期：１９９８—０９—０ｒ７编辑：车友宜）
性分析 -岩石力学与工程学报2005,24(20)
利用应力应变控制式非饱和土三轴仪进行了室内非饱和土的渗透试验和强度试验,并得出了非饱和土的渗透参数和强度参数.针对黄河下游堤防这一典型的非饱和土边坡,采用有限单元法系统地分析了堤防非饱和土边坡在降雨和洪水作用下的非饱和渗流场特征;在此基础上应用非饱和土坡的刚体极限平衡理论中的普通条分法对堤防边坡稳定性受非饱和渗流场变化影响的大小进行了分析与计算.结果表明,对黄河下游堤防的非饱和土边坡在降雨和洪水条件下的分析研究具有实际意义.

非饱和土理论的分析研究

非饱和土理论的分析研究摘要:介绍了目前岩土工程界提出的非饱和土抗剪强度公式。

同时还对Bishop、Fredlund和卢肇钧提出的抗剪强度公式中的参数测试方法进行分析,指出各种抗剪强度理论在概念上都是相同的,其区别仅在于确定由吸力产生的那部分有效应力时采用的参数和测试方法不同。

关键词:非饱和土;抗剪强度一、土力学的发展历程18世纪中期以前﹐人类的建筑工程实践主要是根据建筑者的经验进行的。

18世纪中叶至20世纪初期﹐工程建筑事业迅猛发展﹐许多学者相继总结前人和自己实践经验﹐发表了迄今仍然行之有效的﹑多方面的重要研究成果。

例如法国的 C.-A.de库仑发表了土压力滑动楔体理论(1773)和土的抗剪强度准则(1776)﹔法国的H.P.G.达西在研究水在砂土中渗透的基础上提出了著名线性渗透定律(1856)﹔英国的W.J.M.兰金分析半无限空间土体在自重作用下达到极限平衡状态时的应力条件﹐提出了另一著名的土压力理论﹐与库仑理论一起构成了古典土压力理论﹔法国的J.V.博西内斯克(1885)提出的半无限弹性体中应力分布的计算公式﹐成为地基土体中应力分布的重要计算方法﹔德国的O.莫尔(1900)提出了至今仍广泛应用的土的强度理论﹔19世纪末至20世纪初期瑞典的A.M.阿特贝里提出了黏性土的塑性界限和按塑性指数的分类﹐至今仍在实践中广泛应用。

1925年奥地利的K.太沙基出版了世界上第一部《土力学》﹐是土力学作为一个完整﹑独立学科已经形成的重要标志﹐在此专著中﹐他提出了著名的有效压力理论。

此后﹐在土的基本性质和动力特性﹑固结理论和强度理论的研究﹐流变理论的应用﹐土体稳定性分析方法以及试验技术和设备等方面都有很大的发展﹐使土力学得到进一步的完善和提高。

20世纪中叶非饱和土力学研究的复苏是土力学发展中又一具有长远影响的事件。

岩土工程中遇到的土大多数处于非饱和状态,非饱和土的工程性质已成为20世纪90年代以来国际土力学界研究的热点问题之一。

《2024年非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文

《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程领域，土质边坡的稳定性分析是一个重要的研究课题。

特别是在非饱和至饱和状态变化条件下，土的物理力学性质会发生显著改变，从而对边坡的稳定性产生重要影响。

本文旨在分析非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响，并探讨相应的稳定化措施。

二、非饱和土质边坡的稳定性非饱和土质边坡的稳定性主要受控于土壤的孔隙率、渗透性、强度特性等物理性质。

这些性质会直接影响边坡在受压或外力作用下的响应，特别是在持续降雨等情况下，水分含量会逐渐升高，从而使土的孔隙被部分占据，使得其稳定性的物理环境发生改变。

三、非饱和到饱和状态转变过程中的变化随着水分的增加，土质边坡会逐渐从非饱和状态过渡到饱和状态。

在这一过程中，土的强度特性、孔隙率、渗透性等物理性质将发生显著变化。

这些变化可能导致边坡的稳定性降低，尤其是在连续降雨或地下水位上升等极端情况下。

四、分析方法与模型为了准确分析非饱和至饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，本文采用有限元分析法和渗透理论建立数学模型。

其中，有限元法被用于分析边坡在应力作用下的变形和稳定性；渗透理论则用于研究水分在土壤中的运动和分布情况。

通过这两种方法的结合，我们可以更准确地预测和分析土质边坡在非饱和至饱和状态变化过程中的稳定性。

五、结果与讨论通过模型分析，我们发现非饱和至饱和状态变化对土质边坡的稳定性具有显著影响。

随着水分的增加，边坡的稳定性逐渐降低。

特别是在连续降雨或地下水位上升等极端情况下，边坡的稳定性可能迅速下降，甚至出现滑坡等地质灾害。

因此，在设计和维护土质边坡时，必须充分考虑这一因素的影响。

此外，我们还发现不同的土壤类型和孔隙结构对边坡稳定性的影响也有所不同。

例如，具有高渗透性的土壤在非饱和至饱和状态变化过程中，其稳定性可能相对更稳定；而低渗透性的土壤则可能更容易受到这一过程的影响。

因此，在实际工程中，需要根据具体的地质条件和土壤类型来制定相应的稳定化措施。

非饱和土力学(同济大学)

非饱和土力学同济大学地下建筑与工程系2006年10月第一章绪论非饱和土分布十分广泛，与工程实践紧密联系的地表土几乎都是非饱和土。

干旱与半干旱地区，由于蒸发量大于降水量，地下水位较深，这些地区的表层土是严格意义上的非饱和土；土坝、铁路和公路路基填土，机场跑道的压实填土都是处于非饱和状态，亦即非饱和土；即使是港口平台、管道等离岸工程中所遇到的土，往往是含生物气的海相沉积土，其孔隙中含有以大气泡（气泡直径远大于土粒直径）形式存在于孔隙中的生物气；另外，在地下水面附近的高饱和土体，其孔隙水中溶解了部分以小气泡（气泡直径与土粒粒径相当）形式存在于孔隙中的气体，土体卸载以后（取样或开挖等），溶解于孔隙水中的气体逸出，以气泡形式存在于孔隙水中，这两种含气泡的土也应属于非饱和土。

可见，非饱和土才是工程实践中经常遇到的土，饱和土是非饱和土的特例，真正意义上的饱和土在工程实践中很少见到。

土力学发展至今，已形成了一套完善、独立的理论体系。

然而，迄今为止的土力学主要是把其研究对象——土，视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。

严格的讲，迄今为止的土力学只能称之为饱和土力学。

然而，实际工程中遇到的土多是以三相状态(土粒、孔隙水、孔隙气)存在。

经典的饱和土力学原理与概念并不完全符台其实际性状。

有人甚至认为在土中水一气的结合面上还存在第4相一水气结合膜。

土中气相的存在，使得土体性质复杂、性状多变。

将土作为饱和土对大多数工程来讲是一种合理的简化，但是，随着研究的逐渐深入，人们已经注意到，对于某些特殊区域或特殊性质的土，这种简化将造成研究理论的失误。

如在膨胀土地基基础的设计中。

如果单纯按照膨胀土的现有强度进行设计，则有可能将强度参数估计过高，不安全；如果按其最低强度进行设计，又将造成浪费。

因此，合理地提出膨胀土在不同状态下的强度参数是工程的客观需要。

此外，膨胀土等非饱和土的变形性能也随饱和度而变化。

这些问题都是饱和土力学难以解决的。

非饱和土土力学(新)

温度
3 ua 200kPa
u a u w 100 kPa
15℃ 30℃ 45℃ 60℃

温度的影响
非饱和土土力学理论
4、非饱和土的应力应变关系及本构模型
（1）弹性模型
Fredlund和Morganstern(1976)、Fredlund(1979)提出了基于双应力变量 ( u a ) 和 (ua u w ) 的弹性应力应变关系：
强度分析：
固结变形分析：
传统（经典）土力学的局限
3、现有土工试验仪器主要是针对饱和土设计的
① 试验数据按饱和土相关理论来整理，不符合实际情况。 ② 不能测负孔隙水压力。 ③ 未考虑气相影响。
单轴压缩
三轴压缩
非饱和土土力学理论
非饱和土物质组成：固体、气体和液体
固体
液体
气体
n
Vpores Vtotal
固结本构方程
Mechanical constitutive law
q w k grad( pw w z)
d v m dp
1 dp K
pw 1 p k 2 pw wm t 3 t
3-D consolidation
传统（经典）土力学的局限
2、固结变形和强度分析中有效应力的表现形式是不一致的

Vliquid Vgas Vtotal
Sl
Vliquid Vpores

Vliquid Vliquid Vgas
饱和度
1 Sg
空隙度
非饱和土土力学理论
非饱和土为固、液、气相及收缩膜组成的四相介质
非饱和土土力学理论
存在一个新的应力状态变量：吸力

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ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ，ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｋｅｓｌｆｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｒｅｖｉｅｗｆｏｒｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌｏｎｖａｒｉｏｕｓａｓｐｅｃｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｎｄｆｉｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆ
第３３卷
第１期
兰
州
交
通
大
学学ຫໍສະໝຸດ 报Ｖ０１．３３Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１４
２０１４年２月文章编号：ｉ００１ — ４３７３（２０１４）０１－０１３８－１１
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４３７３．２０１４．０１．０２９
非饱和土力学研究现状与进展
丑亚玲＇陈星强＇毛建勋
（１｜兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州７３００５０；２．核工业２８０研究所，四川广汉６１８３００）
方法及工程应用等多方面进行了系统地综述，并分析其各自研究成果的优缺点，便于有效地指导实践．今后关于非
饱和土力学的发展，不仅着眼于上述前五个方面扎实的理论研究，更加注重与实践相结合，实现快速、精准的试验
方法或技术迫在眉睫．关键词：非饱和土；土一水特征曲线；本构模型；强度特性；渗透特性；吸力测量；工程应用中图分类号：ＴＵ４３文献标志码：Ａ
ＵｎｓａｔｕｒａｔｅｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｔａｔｕｓａｎｄ
ＣＨＯＵＹａ－ｌｉｎｇ，ＣＨＥＮＸｉｎｇ — ｑｉａｎｇ，ＭＡＯＪｉａｎ－ｘｕｎｚ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｓｏｉｌｍｅｃｈａｎｉｃｓｉｎｍａｎｙｅｎｇｉ — ｎｅｅｒｉｎｇｆｉｅｌｄ，ｓｕｃｈａｓｓｕｂｇｒａｄｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｓｌｏｐｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｍａｎｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ，ｂｏｔｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ｈａｖｅｍａｄｅａｎｉｎｔｅｎｓｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｌｏｅｓｓ，ｃｌａｙ，ｅｘ－
（１ＩＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＩｍｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｌ￣ｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｈｅ２８０ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒＩｎｄｕｓｔｒｙ，Ｇｕａｇｈｎａｎ６１８３００，Ｃｈｉｎａ）
摘
要：鉴于非饱和土力学在路基工程、边坡工程及基坑工程等诸多实际工程中有着广泛的应用前景，国内外众多
学者历时几十年，对处于非饱和状态的黄土、黏土、膨胀土和人工填土，着重从土一水特征曲线、强度特性、本构模
型、渗流特性和吸力测量等方面展开了深入的研究．基于非饱和土力学的研究现状，对土一水特征曲线的滞回现象、拟合方法；强度特性的理论成果和试验方法；本构模型的研究现状；渗流特性的试验研究和影响因素、吸力测试
ｐａｎｓｉｖｅｓｏｉｌａｎｄａｒｔｉｆｉｅｉａｌｆｉｌｌｓｆｏｒｄｅｃａｄｅｓ。ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｓｏｉｌ — ｗａｔｅｒｃｕｒｖｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｕｃｔｉｏｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｂａｓｅｄｏｎ