基质吸力
基质吸力
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基质吸力的描述-基质吸力的大小主要是针对弯液面处的压力差而言的
平面
p外 p内
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基质吸力及其影响因素之间的关系定性研究
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基质吸力及其影响因素之间的关系定性研究
利用上表中的数据和公式 计算非饱 和土样的基质吸力，计算后的数据汇于下表。
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基质吸力及其影响因素之间的关系定性研究
研究成果
干密度变化对基质吸力的影响
本次试验表明，基质吸力 在中高含水量段对密度状态的 变化不敏感，而在低含水量段 对密度状态的变化比较敏感， 基质吸力随干密度的增大而明 显增大。
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知识回顾-土中水
土中水即土的液相，土中水除了一部分以结晶水的形 式紧紧吸附于固体颗粒的晶体内格外，还存在吸着水和自 由水两大类。工程上对土中水的分类，如下表所示。
水的类型 吸着水 主要作用力 物理化学力
自由水
毛细管水
重力水
表面张力及重力
重力
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知识回顾-毛细现象
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知识回顾-表面张力
将Kelvin 公式代入到简化的球状弯液面Young–Laplace 公式后 ，可以得到 式中， 为弯液面蒸气的相对湿度，记 为Hr。当弯液面凸向液体一侧时，Hr＜1，这是非饱和土中毛细 作用的情形。在此种情形中，Δ p为负值，这是由于毛细水具有 负孔隙水压力所至。为与前述基质吸力的定义式一致，设s = −Δ p，则有，
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非饱和黄土基质吸力的滤纸法测试
关
键
词 ：滤 纸 法；非饱 和黄 土 ；基质 吸 力；土 水特征 曲线；抗 剪 强度
文 献标 识码 ：Ａ ＤＯ ： ０３ ６ ￣ｉ ｎ１ ０ ．９ ６２ １ ．５０ ０ Ｉ １ ．９ ９ ．ｓ ．０ １１ ８ ． ２０ ．１ ｓ ０
中图分类 号：Ｔ １ ． Ｕ４ １ ９ ９
出随着含 水率 的增 加基 质吸 力逐 渐减 小 ；在 土体 含 水率较 小时基质 吸 力 的变化 比较 敏感 ，含 水率 越 高 ，其 变化 越 小；在 含 水率 达到饱 和 时基质 吸 力消 失为零 ；并且 随含 水率 的增 加土体 的抗 剪 强
度逐 渐 减 小。研 究认 为 ，滤纸 法对操作 过 程 中空 气条件要 求相 对严 格 ，是一种 能够快速 、简便测
非 饱和 黄 土基 质 吸 力 的滤纸 法测 试
唐 东旗 ，彭建兵 ，孙伟 青
（ 长安大学地质工程 与测绘 学院，陕西 西安 ７ ０ ５） １０ ４
摘 要：黄 土属 于 非饱 和 土 ，具有 明显 的 大孔 隙、垂 直 节理发 育 、湿陷性 等特征 ，使 得黄 土地 区工
程地 质 灾害问题 频发 。 由于黄 土具有 水敏 性 ， 因此 水 的 因素 成 为诱 发 地质 灾害 的主要 因素 。基质 吸 力的 变化是 土体 边坡 稳 定的 重要 因素 。利 用滤纸 法对 非饱 和黄 土 的基 质吸 力进 行试验 研 究 ，得
第４ ０卷 第 ５ 期 ２１ ０２年 １ ０月
文 章 编 号 １）５０ ３ —５
煤 田地 质 与勘 探
ＣＯＡ Ｅ ｏＧＹ＆ Ｅ Ｉ Ｏ Ｌ Ｇ ０ｔ ＸＰ Ａ ０Ｒ Ⅱ Ｎ
Ｖｌ ． ０ ４０Ｎ Ｏ． １ ５ ０ｃ ． ｔ ２０ｌ ２
基质吸力对抗滑桩间土拱承载力影响研究
目前分析 桩 间土拱 时 ， 大多 是把 土体 看成 是 饱 和
黏性土 来处理 ， 其应 力分 析也是 在饱 和状态 下进行 的 。 而在实 际工程 中 ， 多 的情况是 非饱 和土 ， 以在 土拱 更 所 应力分 析 中 ， 采用 非饱和 土理论 对其进 行分 析 ， 能接 更
基 质 吸 力 对 抗 滑 桩 间 土 拱 承 载 力影 响 研 究
王 喜 刚 金 俐 伶 ， ， 张 彬
（ ． 宁科 技 学 院 资 源 与建 筑 工程 系 ， 宁 本 溪 １ ７ ０ ； ２ 辽 宁工 程 技 术 大 学 土 木 与 交通 学 院 ， 宁 阜 新 １ ３ ０ ） １辽 辽 １ ０ ４ ． 辽 ２０ ０
作者 简 介 ： 喜 刚 ， ， 师 ， 士 ， 要 从 事 非 饱 和 土理 论 、 体 固结理 论 及 渗 流 理 论 研 究 。 Ｅ—ｍ ｉ ｆ— ｘ＠ １３ ｅｍ 王 男 讲 博 主 土 ａ ： ｗ ｇ ６ ．ｏ ｌｘ
＋ （ 一／ ｔｎ Ｍ ３ ａ４ 。 ， ） ，
与土 的黏结 力 、 摩擦 角 、 容重 等因素 有关
。
为 了便于分 析 ， 三 维 空 间 问题 转 化 为二 维平 面 将
本 文 试 图 利 用 非 饱 和 土 理 论 推 导 土 拱 承 载 力 公
问题 ， 土拱 上将 承 受 桩 后 土体 主动 土 压 力 的作 用 ¨ ，
增加 ， 土拱 承 载 力 先增 加 后 减 小 ： 当基 质 吸 力 增 加 到 ２ ３ Ｐ ６． ３ｋ ａ时 ， 土拱 承 载 力达 到 最 大 ， 随后 下 降 ； 当基 质 吸
基质吸力对非饱和土的影响
。
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Li X.I (2023)
将有效应力表达为净应力项与一种吸力有关、且能反应基 质吸力剪切效应项之和。以为对非饱和土，土颗粒旳一部 分上作用有孔隙气压力，另一部分上作用有孔隙水压力， 它们旳作用一般是不平衡旳、变化旳，而且它旳方向并不 与净应力旳方向相一致，明确了基质吸力可引起一种剪切 效应旳结论。
基质吸力对非饱 和土旳影响
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基质吸力旳描述
基质吸力随土中含水量增长而降低，因而是不稳定旳 。膨胀土和黄土随温度旳增长而强度明显降低，非饱和土 基坑雨季轻易发生事故，花岗岩残积土边坡暴雨轻易发生 浅层滑坡，都和基质吸力旳降低有关。总之，把握好基质 吸力是非饱和土研究旳主要环节。
不同学者对基质吸力下旳定义不同，但基本上都以为
和土中存在吸力，一般来说,研究非饱和土体旳吸力就是 指研究它旳基质吸力,所以，基质吸力在控制非饱和土旳 渗透特征和力学性状方面起着十分主要旳作用。
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基质吸力旳描述-土基质对水旳吸持潜能与土体旳含水率有关
土基质对水旳吸持潜能与土体旳含水率有关。因为饱 和土体全部孔隙都已经被水占据，所以没有吸水旳能力了 ，所以，我们以为饱和土旳基质吸力等于0。而非饱和土 旳孔隙并没有被全部占据，所以具有吸水旳潜能，基质吸 力不小于0。
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基质吸力旳描述-基质吸力旳大小主要是针对弯液面处旳压力差而言旳
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基质吸力对非饱和土抗剪强度旳影响
Bishop提出了最早旳非饱和土有效应力强度公式，吸力项 对抗剪强度旳影响可表达为
us ua uw tan '
式中： tus 为吸力对抗剪强度旳贡献， uw 为孔隙气压力，ua
土的基质吸力和孔隙水压力的关系
土的基质吸力和孔隙水压力的关系土壤是地球表面的一种自然物质，具有多种功能和特性。
土壤中的水分含量对土壤的性质和行为有着重要的影响，而土的基质吸力和孔隙水压力则是土壤中水分含量影响的关键因素之一。
本文将从土的基质吸力和孔隙水压力的概念、特性及二者之间的关系展开阐述。
一、土的基质吸力的概念及特性1.1 土的基质吸力的定义土壤中的水分分为基质水和孔隙水两种类型。
基质水是指附着在土壤颗粒表面的水分，而孔隙水则是存在于土壤孔隙中的水分。
土的基质吸力是指土壤颗粒对基质水的吸引力，是土壤中水分含量影响的一种表征。
1.2 土的基质吸力的特性土的基质吸力与土壤质地、颗粒间距、颗粒表面性质等因素有关。
通常来说，粘土质的土壤具有较大的基质吸力，而砾石或沙土则具有较小的基质吸力。
基质吸力还会随着土壤中水分含量的变化而发生变化，当土壤中水分含量较高时，基质吸力较小，而水分含量较低时，基质吸力则较大。
二、孔隙水压力的概念及特性2.1 孔隙水压力的定义孔隙水压力是指土壤中孔隙水对土壤颗粒施加的压力，是土壤中孔隙水的一种表征。
孔隙水压力的存在对土壤的力学性质和水文性质有着重要影响。
2.2 孔隙水压力的特性孔隙水压力受土壤孔隙结构、孔隙水的密度和粘度等因素的影响。
在饱和状态下，孔隙水压力可以近似等于地下水压力，对土壤的支撑作用较大；而在非饱和状态下，孔隙水压力则取决于土壤中的水分分布，对土壤的渗透性和透水性有着较大影响。
三、土的基质吸力和孔隙水压力的关系3.1 土的基质吸力和孔隙水压力的对比土的基质吸力和孔隙水压力都是土壤中水分含量影响的重要表征。
但二者存在着本质的区别：基质吸力主要体现土壤颗粒对水分的吸引力，而孔隙水压力则主要体现孔隙水对土壤颗粒施加的压力。
基质吸力的存在使得土壤中的水分能够得以维持，而孔隙水压力的存在则影响土壤的渗透性和透水性。
3.2 土的基质吸力和孔隙水压力的通联土的基质吸力和孔隙水压力之间存在着一定的通联。
非饱和黄土基质吸力的变化
Ｋｅ ｒ ｓ ｕ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｌ ｅ ｓ ｍａｒｘ ｓ ｃ ｏ ； ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｕ ｖ ｓ ｏ ｅ ｓａ ｄ ｗａ ｅ ； ／ ； ｏ ｌ ｒ ｅ ｓ ｙ ｓｒ ｃｕ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｎ ａ ｕ ａ ｅ ｏ ｓ ； ｔ ｕ ｔ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｃ ｒ ｅ ｆ１ ｓ ｔｒ ＩＳ ｓ ｉ ａ ｅ ｄ ｎ ｉ ： ｔ ｔ ｒ ； ｉ ｉ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ
第３ 卷 第２ ｌ Βιβλιοθήκη ２ １年 Ｏ 月 ０２ ６
吉 林 地 质
Ｊ ＬＩ Ｇ Ｅ０Ｌ０Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ
Ｖ １３１ ＮＯ ２ ０ ＿． ．
Ｊｎ ２ １ ｕ． ０２
文 章 编 号 ：１ ０ － ２ ２ （ ０ ２） ２— １ ７—６ ０ １－４ ７ ２ １ ０ ３
非饱和黄土基质吸力 的变化
ｉ ｈｅ ｏ ｓ ｓ ｐｅ（ Ｓ， ｄｔ ｌｅ ｘｅ ｔｔｅｓｌｂｅｓｌｅｉ ｅ ｎｔｅｌｅｓ ａ ｐｅａ ｏａ ｅｔ ｅｃａｇ ｆ ｔｘ ｎｔ ｌｅｓ ａ ｌ ｉ ）ａ ｏｓ ｌ ｔ ， ｕ ｌ ｔ ｘｓ ｄｉ ｈ ｏｓ ｍ ／ ｎ ｏｌｅ ｎ ｈ ｏ ａ ｔ ｓ ｌ ｌ ｆ ｃ ｔ ｈ ｅｏ ｍａ ｉ ｍ ｓ ｈ ｎ ｒ
ｓ，以 土样 中 ） 及 存在 的可溶 盐也在某种程度上影响着基质吸力的 变化。 关 键词 ： 非饱和黄土 ；基质吸力 ；土水特征 曲线 ；ＩＳ；干密度 ；结构性 ；可溶盐含量 ／ 中图分 类号 ：Ｐ ４ ．３１文献标 识码 ：Ａ ６ ２１
Ｍ ａ ｒｘ ｓ ｃ ｉ ｎ ｃ ａ ｇ ｓｏ ｎ ａ ｕ ａ ｅ ｅ ｓ ｔ ｉ ｕ ｔｏ ｈ ｎ ｅ ｆ ｓ ｔ ｒ ｔ ｄ ｌ ｓ ｕ ｏ
Ｇ ｏｃ ｎ ｅ Ｂ ｉｎ ）Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｅｓｉ ｃｓ（ｅ ｉ ， ｅ ｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ｅ ｊｇ ｉ ｆ
实验十九土壤吸力的测定（张力计法）
实验十九土壤吸力的测定（张力计法）土壤是一种非均质的多孔体，当其孔隙未充满水时，都有吸水的能力，并将水保持在土中，这一性质发自土壤固—液界面上的界面张力和固体颗粒的吸附力，二者统称为土壤吸力（或称为基质吸力）。
土壤中的溶质也对水产生吸力，称为溶质吸力。
土壤吸力与溶质吸力之和称为土壤总吸力，它决定着植物对土壤水的吸收利用。
溶质吸力一般以测定土壤可溶性盐的浓度或土壤溶液的渗透压来估计。
土壤吸力的测量有土壤湿度计（张力计、负压计）法、负压法、压力薄板（膜）法、离心法、蒸气压法、冰点下降法等。
但以土壤湿度计（张力计）法最为方便。
虽然这种方法的测量范围有一定的限度，但因它能在田间直接测量，并且一般能用它来指示作物的丰产灌溉，所以应用得相应广泛，下面介绍这一方法。
一、原理土壤湿度计（见图1）由一个陶土管（1），一个负压表（2）和一个集气管（3）组成。
在仪器中充满水，密封之后插入土壤中，就可以进行测量。
陶土管是仪器的感应部件，它能透过水及溶质，但不能透过土粒及空气。
由于不（被水）饱和的土壤具有吸力，所以陶土管周围的土壤便（经陶土管壁）将仪器中的水“吸”出，使仪器系统产生一定的真空度，这一真空度即负压力由仪器仪的指示部件——负压表指示出来。
当土壤吸力与仪器中的负压力平衡时，仪器不再有水流出，负压表所指示的负压即为土壤吸力。
当土壤被降雨或灌溉重新湿润时，土壤吸力减小，与仪器原来的负压力不平衡，土壤水便会重新（经陶土管壁）“压”入仪器中，使仪器的负压力下降，而与土壤吸力达到新的平衡为止，当土壤饱和时负压力（即吸力）为零。
如果土壤水分过多，造成临时渍水，或者陶土管处于地下水位之下，那么会使仪器处于（正）压力状态。
如果仪器的指示部件能指示出（正）压力（例如用U型汞柱压力或压力——真空表），则这种（正）压力也会从表中指示出来。
由指示压力与陶土管的埋深，可算出临时渍水或地下水的深度[1]。
二、仪器仪的准备土壤湿度计可自行装配，或使用己装配好的仪器，但仪器各部件均应达到一定的要求。
基质吸力的测试方法
基质吸力的测试方法
基质吸力是指土壤或其他多孔介质中水分被吸附的能力。
了解
基质吸力对于农业、土壤科学和环境工程等领域具有重要意义。
因此，开发一种可靠的测试方法来测量基质吸力是至关重要的。
一种常用的测试方法是使用压力板法。
这种方法通过在基质表
面施加一定的压力，然后测量基质中水分的变化来确定基质的吸力。
具体步骤如下：
1. 准备样品，将待测基质样品放置在一个密封的容器中，确保
样品表面平整。
2. 施加压力，在样品表面放置一个均匀分布的压力板，然后施
加一定的压力。
3. 测量水分变化，在施加压力后，定期测量基质中的水分含量
变化，可以使用称重法或其他适当的方法来进行测量。
4. 计算吸力，根据水分变化的数据，可以使用合适的公式来计
算基质的吸力值。
除了压力板法，还有一些其他测试方法也可以用来测量基质吸力，比如毛细管法、压实法等。
每种方法都有其适用的场景和限制，因此在选择测试方法时需要根据具体情况进行考虑。
总的来说，基质吸力的测试方法对于研究土壤水分运动、植物
生长和环境保护等领域具有重要意义。
通过选择合适的测试方法，
可以准确、快速地测量基质吸力，为相关领域的研究和应用提供有
力支持。
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2018/1/3
内 容
1.问题的提出 2.基本理论
3.研究现状 4.本文研究内容
2018/1/3
1.问题的提出
• 土质边坡稳定性计算的传统方法是用饱和 土体强度理论，结果有失精确性，而且土 质边坡大部分为非饱和区，不能忽略基质 吸力的作用。 • 基质吸力能增加土体的抗剪强度，而非饱 和土体随着含水率的不同，其基质吸力也 会发生变化，从而使得土体的抗剪强度指 标发生变化，边坡稳定性受到影响。
2018/1/3
2018/1/3
2.基本理论
• 基质吸力（基于毛细模型） 平面 P外=P内 凹面 P外>P内 故存在压差ΔP，使得 P外=P内+ ΔP
2018/1/3
2.基本理论
• 基质吸力（基于毛细模型）
Young-Laplace公式： ΔP=σ（1/r1-1/r2） • 其中，ΔP为弯液面两侧压差，σ为表面张力， r1r2为弯液面两个正交方向的曲率半径。
实验初始 实验进行12h 实验进行24h
120
25°边坡在1. 16mm/min降雨条件下各埋深处测点沿程基质吸力值
2018/1/3
4.本ห้องสมุดไป่ตู้研究的内容
（1）在同一降雨强度下，随着流程的增加， 边坡各断面测点基质吸力随着雨水的渗入， 都逐渐减小，且各测点沿着流程前12h，基 质吸力下降较快，后12h下降减慢；在同一 断面，基质吸力后12h较前12h递减值大， 其中，坡脚处变化较为剧烈。降雨强度增 大，各递减值增大。
2018/1/3
参考文献
[1]李金玉, 杨庆, 孟长江. 非饱和抗剪强度指标c、φ值与 含水率w的关系[J]. 岩土工程技术, 2010, 24(5). [2]杨和平, 张锐, 郑健龙. 非饱和膨胀土总强度指标随饱和 度变化规律[J]. 土木工程学报, 2006, 39(4):58-62. [3]姚海林, 郑少河, 李文斌,等. 降雨入渗对非饱和膨胀土 边坡稳定性影响的参数研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(7):1034-1039. [4]龚壁卫, 周小文, 周武华. 干-湿循环过程中吸力与强度 关系研究[J]. 岩土工程学报, 2006, 28(2):207-209.
15.00
20.00
25.00
30.00
时间（h）
25°边坡ABD断面处测点基质吸力随降雨持时变化图
2018/1/3
4.本文研究的内容
透水石埋深3cm时基质吸力沿程变化 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 0
16 14
基质吸力(kpa)
透水石埋深5cm时基质吸力沿程变化
基质吸力(kpa)
4.本文研究的内容
利用室内降雨模拟系统，对模型边坡进行模 拟降雨，并利用吸力检测系统对模型各断面 吸力变化进行检测记录。 实验控制变量：边坡角度，降雨强度，降雨 持时。
2018/1/3
4.本文研究的内容
边坡模型断面及传感器的位置布置图
2018/1/3
4.本文研究的内容
典型测点基质吸力随时间变化图
2018/1/3
4.本文研究的内容
（2）同一断面，随着测点深度的增加，基 质吸力受降雨的影响逐渐减弱，基质吸力 递减值减小。
2018/1/3
4.本文研究的内容
本文可以继续研究的内容： （1）降雨导致的水力冲蚀，对降雨入渗， 边坡稳定的影响（结合降雨侵蚀）。 （2）在干湿循环效应下，降雨侵蚀的发展 以及边坡稳定的变化。 （3）级配不同的土，与边坡稳定性的关系。
2018/1/3
2.基本理论
• Bishop非饱和土体强度公式
其中，χ是一系数，取决于土体饱和度、 土类、干湿循环以及加载和吸力的应力路线。 对于低塑性土，如砂土，可用饱和度Sr代替 χ。
2018/1/3
2.基本理论
2018/1/3
2.基本理论
• 基质吸力 非饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有 空气，水—气分界面（收缩膜）具有表面张 力，在非饱和土中，孔隙气压力与孔隙水压 力不相等，并且孔隙气压力大于孔隙水压力， 收缩膜承受着大于水压力的空气压力，这个 压力差值称为基质吸力。
时间（h）
9.00 8.00 7.00
典型测点基质吸力随时间变化图
降雨强度2.62mm/min 降雨强度1.87mm/min 降雨强度1.16mm/min 降雨强度1.06mm/min
基质吸力（kpa）
6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 -1.000.00 5.00 10.00
2018/1/3
3.研究现状
内摩擦角基本保持不变，lgc=Aw+B，c=E+Fu 龚壁卫[4]：土体脱湿-吸湿过程不重合， 故同一基质吸力对应含水率有可能不同。边 坡稳定性研究要注重干湿循环效应。 姚海林[5]：对于膨胀土边坡，降雨对稳 定系数的影响存在临界雨强，干缩裂隙在渗 透性小于降雨强度时，对边坡渗流场影响不 大。 2018/1/3
2018/1/3
2.基本理论
• 基质吸力量测 方法：张力计法，滤纸法，热电阻法，压 力陶瓷法，吸力平板仪法。
2018/1/3
2.基本理论
• 理论解释[1]
三粒子吸力模型
四粒子吸力模型
2018/1/3
3.研究现状
• 研究思路[2]：含水率 吸力（场） 抗剪 强度（场） 边坡稳定 • 非饱和土体抗剪（总）强度指标随含水率 变化的规律研究 杨和平[3]：对非饱和膨胀土进行直剪实验， 得出 lgc=-aw+b,lgφ=-cw+d。 李金玉[1]：对残积土进行剪切试验，得出：
实验初始 实验进行24h 实验进行12h
12 10 8 6 4 2 0
实验进行24h 实验初始 实验进行12h
20
40
60 流程(cm)
80
100
120
0
20
40
60 流程(cm)
80
100
120
透水石埋深8cm时基质吸力沿程变化 16 14
基质吸力(kpa)
12 10 8 6 4 2 0 0 20 40 60 流程(cm) 80 100
5.00 4.50 4.00
基质吸力（kpa）
3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 5.00 10.00 15.00
降雨强速1.06mm/min 降雨强速1.16mm/min 降雨强速1.87mm/min 降雨强速2.62mm/min
20.00
25.00