土體抗拉張力學特性研究現(xiàn)狀與展望[W

1、.土體抗拉張力學特性研究現(xiàn)狀與展望 本文檔格式為WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學術論文 期刊文獻 年終總結 年終報告 工作總結 個人總結 述職報告 實習報告 單位總結 演講稿土體抗拉張力學特性研究現(xiàn)狀與展望傳統(tǒng)非飽和土力學認為來源于土壤學或土壤物理學中的基質(zhì)吸力就是非飽和土的粒間吸力，下面是一篇探究抗拉張力學特性試驗的文獻。1、引言在傳統(tǒng)工程地質(zhì)環(huán)境及土力學性質(zhì)的研究中，土體通常不主動作為抗拉材料使用，認為土的抗拉強度很小或幾乎視為零1,2,實際工程中土體的抗拉強度常常被忽略，多側重于抗壓和抗剪，對抗拉張的研究較少3,4.然而，許多工程問題中的土體會發(fā)生開裂現(xiàn)象，諸如紅色問題土中常見的

2、崩崗5、滑坡以及黃土中常見的滑塌6等地質(zhì)災害孕育過程中坡頂幾乎都產(chǎn)生的張拉裂縫7,8,其破壞模式是拉張和剪切的耦合，都與其抗拉張力學特性密切相關?？估瓘垙姸仁窃u價非飽和土的崩崗、崩塌及土壩、堤防、路基、垃圾填埋場等邊坡的穩(wěn)定性的重要參數(shù)，黃文熙9早就指出抗拉張是黏性土的一個比較重要的力學性質(zhì)。試驗研究表明4,10天然非飽和黏性土的抗拉強度一般可達到十幾到幾十千帕，從抗拉力學角度，土體的抗拉強度幾乎相當于同等面積內(nèi)2m3m間距錨桿的抗拔力。可見，抗拉強度在土體穩(wěn)定性中起著相當重要的作用，忽略土的抗拉張強度顯然是對土的強度認識上的不全面。本文從土體抗拉張力學特性的實驗研究和理論分析2個角度出發(fā)，介

3、紹并對比分析了國內(nèi)外土體抗拉張力學特性的試驗以及理論方面的最新研究，通過總結分析歷史上大量的巖土破壞試驗抽象概括出了土體的8種破壞模式，隨后認為土體變形破壞的實質(zhì)是拉剪耦合的漸進性發(fā)展過程，并指出研究非飽和土抗拉特性的核心問題就是要弄清土體抗議與粒間吸力之間的關系，最后總結了研究現(xiàn)狀中存在的主要問題，展望了今后的研究與發(fā)展方向。2、抗拉張力學特性試驗研究土體的抗拉張力學特性的測試主要在室內(nèi)進行，分2類：一類是直接測定法，即單軸拉伸試驗和三軸拉伸試驗方法;另一類是間接測定方法，包括徑向壓裂試驗、彎曲梁試驗和環(huán)狀試樣法等。比較土體抗剪特性及理論的研究，土體抗拉張?zhí)匦缘难芯砍潭葻o論從試驗手段還是從理

4、論方面都還是遠遠落后的。例如，至今仍沒有統(tǒng)一規(guī)范并獲得業(yè)界普遍認同的土體抗張?zhí)匦詼y試儀器。不過，當前抗拉張的新型試驗儀器及間接測試方法不斷涌現(xiàn)，不少學者開始重視土體抗拉張力學特性的研究，這些極大地促進了土體抗拉張?zhí)匦缘脑囼灪屠碚撗芯?。土體的抗拉張?zhí)匦栽囼灥难芯渴加?0世紀50年代，20世紀5070年代，抗拉張?zhí)匦缘难芯恐饕谟谔剿魍恋目估瓘姸然緶y試方法上1119.1951年，Haefeli11首先用直接拉伸試驗，研究了飽和黏性土在不同圍壓下的抗拉強度和破壞形式，拉開了研究土體抗拉強度的序幕。隨后Tchbotarioff等12亦采用單軸拉伸試驗方法，對礦物組成不同的黏性土開展了試驗研究，得出了

5、主要幾種黏土礦物抗拉強度的基本特性。Vomocil等13采用離心機方法測試了5種砂土的抗拉強度隨含水量和密度的變化規(guī)律。Farrell等14采用無側限壓力的直接拉伸試驗測試了重塑黏土在不同的土水吸力條件下的拉應力，試驗結果顯示拉應力隨含水量的增加而呈拋物線性減小，與Vomocil等13的研究結果相似。1960年，Parry18首先采用三軸拉伸試驗研究黏性土的抗拉強度，試驗結果表明土的拉伸應力應變特性受圍壓、超固結比以及排水條件的影響。Bishop等19的三軸試驗結果進一步表明黏土的抗拉強度與小的圍壓變化幾乎沒有關系。而后不久，混凝土抗拉強度間接測試方法-巴西劈裂法試驗也被引進用于研究含水率對土

6、體抗拉強度的影響20.Krishnayya21在徑向壓裂試驗中設計了一種特殊的電測工具，使得徑向壓裂法能夠同時測出黏土的抗拉強度和應力應變關系曲線。抗拉張試驗方法的多樣性，使得人們有條件來對比研究不同試驗方法對土體抗拉張力學特性的影響規(guī)律。Yoginder22開創(chuàng)了抗拉強度對比試驗的先河，對比黏性土三軸拉伸試驗和單軸拉伸試驗中的抗拉特性。Kezdi23和Ajaz等24采用單軸拉伸、無側限壓縮和土梁彎曲試驗，對比研究了土體的3相物理組成對土的抗拉強度的影響。我國開展抗拉張力學特征的研究起步稍晚，始于20世紀70年代初。1973年，清華大學土石壩抗裂研究小組比較了單軸拉伸試驗和土梁彎曲試驗測試的結

7、果，得出土體抗拉強度和拉伸變形模量均隨含水量的增大而降低及隨干密度的增大而增高的認識25.20世紀80年代開始，國內(nèi)外的研究在土體抗拉強度測試方法創(chuàng)新及完善過程中26,進入了抗拉強度力學基本特性研究階段。Fang等27采用無壓滲透技術新方法測試土體的抗拉強度，指出拉伸強度與土體的液塑限、活性指數(shù)、韌性指數(shù)、無側限抗壓強度、凝聚力及內(nèi)摩擦角具有相關性?，F(xiàn)場試驗測試土體抗拉張強度開始于20世紀80年代初28.這時期新的試驗內(nèi)容和試驗方法也不斷出現(xiàn)。鈕澤明等29試驗研究了循環(huán)加卸荷載、干容重與含水量、加荷速率幾個因素對黏性填土單軸抗拉強度的影響規(guī)律。Mosaid30采用空心圓柱內(nèi)牙劈裂試驗測試了壓實

8、黏性土的特性參數(shù)。Snyder等31采用氣動斷裂法新技術測量了非飽和土的拉伸強度。20世紀80年代后期到20世紀末，國內(nèi)外學者對土體抗拉強度的研究記載突然少見，幾乎有十余年的斷層，只是零星地開展了一些抗拉強度方面的研究，如Nearing等32通過試驗測試土體抗拉強度特征，證明土體擾動后抗拉強度為原狀土抗拉強度的33%;駱亞生等33通過單軸拉伸試驗，對黃土的抗拉強度與含水量、干密度、飽和度及基質(zhì)吸力間的關系進行了探討，取得了幾項較為明顯的規(guī)律。進入21世紀后，隨著各種試驗儀器、設備更加完善，又迅速有了更廣泛和更深入的新發(fā)展，更重視土的成分、物性和結構等因素對抗拉張強度的影響。此階段，抗拉張的測試

9、方法不斷探索，涌現(xiàn)出了大量的新測試方法和測試儀器3444.例如，Tang等34采用應變控制式加載方式利用單軸拉伸試驗研究了非飽和黏性土的抗拉特性，Tamrakar等35研制的在直剪儀上改制臥式單軸拉伸試驗儀以測試斷裂韌度的方法，黨進謙及其帶領的團隊3641研發(fā)了新型臥式單軸土工拉伸儀，李曉軍等42,43研制的可以配合計算機層析(CT)掃描的圓環(huán)內(nèi)壁施加徑向壓應力的拉裂法44.這一時期國際上，抗拉張試驗方法比較創(chuàng)新、理論比較成熟、操作亦比較簡單的測試方法有以下3種：(1)Kim等45改進了Perkins46研制的土樣直接拉伸試驗裝置，測試了3組不同密度和4組不同含水量的重塑土的抗拉強度，土樣盒(

10、178mm178mm178mm)由2個對稱的半盒子組成，盒子內(nèi)部固定了4個三角楔形以利于試驗時試樣從斷面最短處斷開。之后，Arslan等47進一步用此裝置測試了月壤的抗拉張?zhí)匦?，Kim等48亦根據(jù)需要改進了此裝置，然后測試了非飽和砂性土由毛細吸力引起的抗拉強度。(2)Ibarra等49采用液壓機和土樣車床把原圓柱形土樣重塑并制成計時沙漏形，然后在自制的拉伸裝置上測試了不同含水量和密度的重塑黏土的抗拉強度。(3)Akagawa等50采用Tamrakar等51論述過的力學性狀較好的橫“8”字形土樣，測試了0-2的凍土的抗拉強度，試驗結果表明土孔隙中冰的結構是凍土相對非凍土具有高抗拉強度的主要原因。

11、在國內(nèi)，進入21世紀后也涌現(xiàn)了不少具有創(chuàng)新性的新測試方法和測試儀器。孫萍等5254采用臥式單軸拉伸土工拉伸儀(屬應力控制式)，所用試樣直徑39.1mm、高80mm,試驗結果表明不同含水率的原狀黃土在拉伸過程中均沒有明顯的頸縮現(xiàn)象，斷裂面粗糙，基本垂直于拉應力方向，屬于脆性斷裂，與邢義川等55的試驗結果相同。李榮建等56和宋焱勛等57通過電動控制加載的土梁彎曲試驗機采用土梁彎曲試驗測試了原狀黃土和重塑黃土的抗拉強度，其中原狀土梁試樣通過原狀土梁削樣器制備，重塑土梁試樣通過重塑土梁壓樣器制備，試樣尺寸為240mm30mm30mm(長寬高)的長方體土梁試樣。試驗結果表明通過Mohr-coulomb強

12、度線的反向延長線確定的抗拉強度明顯夸大了土體的實際抗拉強度(超過了3倍以上)。胡海軍等58對原有的動三軸儀器進行改造，使設備能夠?qū)崿F(xiàn)軸向施加拉力(應力控制式)，改裝的儀器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單軸抗拉強度試驗，而且能實現(xiàn)帶圍壓的三軸減載伸長試驗，其試驗結果表明，層面會對重塑黃土的抗拉強度強度產(chǎn)生影響。李春清等59用蘭州市九州開發(fā)區(qū)的重塑黃土，用軸向壓裂法系統(tǒng)研究了黃土在不同的加載速率、試樣高度、制樣方法、加載圓柱直徑時的抗拉強度。試驗結果表明，靜壓制樣優(yōu)于擊實制樣且其抗拉強度較大，抗拉強度測試值隨加載圓柱體直徑呈線性增大，高徑比為11的試樣的抗拉強度最穩(wěn)定。張緒濤等60針對現(xiàn)有土工直接拉伸試驗裝置的不足

13、，研制了一套臥式直接拉伸試驗裝置，該裝置由拉伸加載系統(tǒng)、數(shù)字液壓伺服控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)3部分組成。試驗裝置可開展多種易成型材料的直接拉伸試驗，能精確測試材料的抗拉強度并能給出拉應力-應變曲線;巧妙設計了加載夾具，解決了試驗材料與拉伸裝置的連接難題;能精確連續(xù)控制試驗拉力，并能獲得材料抗拉強度峰后段的拉應力-應變曲線。與此同時，抗拉強度的研究范圍逐漸拓寬甚至出現(xiàn)交叉學科研究領域。Rahimi等61的平行試驗表明有機物含量越高，土體抗拉張強度越大，這個結論值得今后研究重視，因為抗剪強度與有機質(zhì)含量一般恰好成反比。Kavdir等62的試驗表明，土的拉伸強度和團聚體的穩(wěn)定性可成為土體結構質(zhì)量指

14、標，可用于確定土地利用類型。Zeh等63對基質(zhì)吸力和土體結構影響下壓實土的抗拉強度試驗結果表明，在壓實過程中，孔隙的大小、顆粒排列等對抗拉強度影響很大。在近幾年抗拉強度研究中，干密度、前期固結壓力、含水率、無側限抗壓強度、拉伸速度、土-水特征曲線、Mohr-Coulomb參數(shù)、圍壓及其他非飽和土參數(shù)等重要影響因素得到試驗研究64,65.3、抗拉張力學特性理論研究除少數(shù)土體以外(淤泥、飽和軟黏土等)，自然界土體大多為非飽和土，所以土體抗拉張?zhí)匦缘睦碚撗芯坷響杏诜秋柡屯?。非飽和土的抗拉強度主要來源于顆粒間的粘結和分子引力形成的凝聚力、膠結物質(zhì)的形成膠結力和表面張力形成顆粒間的吸附力等3種作用力

15、36.宏觀上，經(jīng)常有學者將摩爾-庫倫的負半軸作為土體的抗拉強度66,實際上由于負半軸的高度非線性，直接將負半軸包絡線作為抗拉強度是嚴重高估了非飽和土的抗拉強度的67,68.一般來講，顆粒間的吸力越大，粒間的膠結強度越高，非飽和土抵抗拉張應力的能力越強。許多抗拉張力學行為的研究表明，由吸力引起的粒間吸附作用是非飽和土抗拉強度的一個重要組成部分。眾所周知，非飽和土吸力的存在，使得非飽和土的力學性質(zhì)較之飽和土的復雜得多，其強度一般也要大于飽和土的強度。當今許多的非飽和土有效應力公式及強度計算公式中都包含了土顆粒的粒間吸力(如基質(zhì)吸力或濕吸力等)對非飽和土強度的貢獻6974.鑒于非飽和土顆粒間的吸力影

16、響著顆粒間的聯(lián)結強度，即土顆粒間吸力的變化必然引起抗拉強度的變化，因此諸多學者從這個角度進行研究并取得了一些可喜的成果6468.Vesga等69,70將非飽和土分為飽和狀態(tài)、索帶狀態(tài)、完全鐘擺狀態(tài)和部分鐘擺狀態(tài)等4種狀態(tài)，之后又給出了各種狀態(tài)下顆粒間有效應力的表達式。Cho等71認為處于完全鐘擺狀態(tài)的非飽和土顆粒間的毛細吸力F由基質(zhì)吸力s和表面張力Ts引起，其表達式為：式中：r1和r2分別為水氣在分界面處的半徑。Pierrat等72給出了處于部分鐘擺狀態(tài)的非飽和土顆粒間的毛細吸力的表達式，并給出了如圖1所示的關系曲線圖。由圖1可見，如果2個顆粒間是直接接觸的或者顆粒間的間距d=0,那么在低飽和

17、角時顆粒間的毛細吸力F有最大值。但是，當土顆粒不是直接接觸時，在低飽和角時顆粒間的毛細吸力F可能會為零。Vesga等73采用直接(單軸)拉伸試驗和間接(巴西劈裂)拉伸試驗分別測試了高嶺土在不同含水量(不同水氣狀態(tài))時的抗拉強度(圖2)，結果表明高嶺土的抗拉強度先隨著含水量的增加而增加，之后隨著含水量的增加而減小。Lu等74根據(jù)土水特征曲線上非飽和土的3種水氣狀態(tài)給出了其對應的抗拉強度與飽和度的關系(圖3)，發(fā)現(xiàn)非飽和土的抗拉強度與飽和度之間也并不是完全線性的關系，其變化趨勢與非飽和土所處的水氣狀態(tài)密切相關。也可以說，非飽和土的抗拉強度是范德華力、雙電層吸力、膠結力和毛細吸力等土顆粒間各種物理化

18、學作用力的綜合75,它與含水量、飽和度和基質(zhì)吸力等密切相關49,53,76.根據(jù)李曉軍等43重塑黃土的抗拉強度試驗數(shù)據(jù)，繪制成三維圖形，從圖4可見重塑黃土的抗拉強度與干密度和含水率密切相關，且抗拉強度隨著干密度的增加而增加，但與含水率的關系卻存在一個波峰。邢義川等55、Ibarra等49、朱崇輝等77和呂海波等78的試驗也有類似的結果。也有許多學者注意到了非飽和土土體裂隙與其抗拉強度及粒間吸力緊密相關79,80.例如非飽和土抗拉強度隨基質(zhì)吸力改變條件下干燥裂縫深度的方程初步建立81,非飽和土龜裂形成過程中抗拉強度與其顆粒間的吸力關系密切3以及表面活性劑、鹽分可以影響拉伸強度而被關注82,83.

19、這些研究上的認識，已充分說明非飽和土粒間吸力與抗拉強度存在著量化關聯(lián)性，也表明非飽和土粒間吸力的量化方法、測試方法的研究是非飽和土強度理論研究的重要內(nèi)容和基礎。由此可看到正確的吸力認識對非飽和土抗拉張?zhí)匦匝芯康闹陵P重要性。傳統(tǒng)非飽和土力學認為來源于土壤學或土壤物理學中的基質(zhì)吸力就是非飽和土的粒間吸力，但實際上非飽和土中隨著含水率變化的粒間吸力的組成是濕吸力和可變結構吸力8486,非飽和土力學中這個認識上的問題是傳統(tǒng)非飽和土理論中存在的一個基礎性問題。借鑒熊承仁等87基于彎曲表面內(nèi)外壓差的Young-Laplace公式和彎曲表面蒸氣壓變化的Kelvin公式建立基質(zhì)吸力(不含滲透吸力)計算公式的方

20、法，張鵬程等88已經(jīng)推導出基于等粒任意堆積土的濕吸力計算公式。湯連生等89已經(jīng)求出了典型堆積方式下等粒徑顆粒的可變結構吸力的表達式，并對其影響因素進行了討論。但是，對于考慮級配的非飽和土的濕吸力以及不等粒徑任意堆積方式下的可變結構吸力，仍亟待進一步研究。不過，立足于粒間吸力，從濕吸力和結構吸力的角度，來研究非飽和土的抗拉強度顯然是非飽和土研究的一個重要方向。4、拉剪耦合實驗成果與理論室內(nèi)實驗及野外觀測均表明，土體的變形破壞并非單純的拉張或剪切，而是拉張剪切耦合漸進性發(fā)展的過程。湯連生等在對花崗巖殘積土進行三軸試驗時發(fā)現(xiàn)，土樣在特定條件下會出現(xiàn)剪切破壞、拉張為主的鼓脹破壞和張剪混合的剪脹破壞3種

21、變形破壞模式(圖5)90,91.已有的大量試驗92102表明，各類巖性的原狀土樣與重塑土樣在低圍壓應力狀態(tài)下和在高圍壓應力狀態(tài)下的破壞形態(tài)卻迥然不同，原狀土樣在低圍壓時壓縮破壞是帶有剪切面的剪切破壞，在高圍壓時壓縮破壞表現(xiàn)為我們通常所說的“鼓形破壞”(始終不出現(xiàn)剪切面的張脹破壞，其實更準確的說是拉張破壞)，重塑土樣則無論圍壓如何變化都是鼓形(拉張)破壞。巖石的破壞形態(tài)差異更是顯著，早在1960年Griggs等103就注意到無論在拉伸試驗中還是在壓縮試驗中，巖石均存在剪切斷裂和拉伸斷裂2種破壞模式。大理巖、紅砂巖在低圍壓時是劈裂破壞，而后隨著圍壓增大逐漸過渡到剪切破壞，當圍壓超過脆-延轉(zhuǎn)化的臨界

22、圍壓時呈鼓脹破壞103108.Wang等109對砂巖破壞形態(tài)的研究中，觀察到砂巖試樣的破壞是剪切破壞和拉張破壞的混合，試樣的中心部位出現(xiàn)剪切裂縫呈現(xiàn)為剪切破壞形式，而試樣端部卻有近乎垂直的拉張裂縫的產(chǎn)生，并且隨著圍壓的增加，破壞形式中剪切形式裂縫越來越占主導，拉張裂縫逐漸減少。巖石壓縮破壞模式與巖性關系也十分密切，例如，單軸試驗中發(fā)現(xiàn)石英巖(硬巖)是劈裂破壞，亞氯酸硅巖(軟巖)是剪切破壞110,三軸試驗中泥灰?guī)r在低圍壓時巖樣呈剪切破壞，中等圍壓時呈剪脹破壞111.Adelinet等112對玄武巖進行三軸壓縮時也發(fā)現(xiàn)，玄武巖在圍壓應力水平不同時，其破壞呈現(xiàn)脆性破壞、水平變形帶和純壓縮帶幾種不同形

23、態(tài)。雖然土與巖石具有許多共性，但是歸納國內(nèi)外文獻的試驗結果發(fā)現(xiàn)，圍壓應力水平對土的破壞模式和巖石的破壞模式的影響居然呈現(xiàn)出相反的規(guī)律，即在較低的圍壓條件下原狀土樣和高圍壓條件的巖樣表現(xiàn)為軟化型應力應變關系，軸差應力引起的破壞模式為剪切破壞，試樣中出現(xiàn)剪切帶;相反，在高圍壓條件下原狀土樣和低圍壓條件下巖樣表現(xiàn)為硬化型應力應變關系，軸差應力引起的卻是拉張型的鼓脹破壞。結合歷史以來的試驗研究，巖土體的破壞模式可以抽象總結為劈裂破壞(a)、張剪破壞(b)、剪切破壞(c)、鼓脹破壞(d)、剪脹破壞(e)、張性斷裂破壞(f)、剪切斷裂(g)及混合斷裂(h)8類(圖6)。然而，是什么決定巖土(試樣)三軸壓縮

24、的破壞模式，是被剪壞還是被拉壞，以及是什么決定巖土(試樣)三軸擠長的破壞模式，是剪斷的還是被脹斷的?這些問題至今仍困擾著我們而不得其解，力學理論未能闡明其力學上的本構關系，也未能給出其判據(jù).實際上，不僅僅是室內(nèi)土樣的破壞，甚至自然土坡的破壞也正是拉張-剪切不斷耦合發(fā)展的過程。已有的土坡穩(wěn)定性分析理論更多的是關注土體的剪切破壞，基于剪切破壞準則進行安全系數(shù)計算及破壞面搜索。早在1943年，土力學之父Terzaghi最早強調(diào)“拉張區(qū)域的形成及深度對邊坡的許多穩(wěn)定性分析都具有重要影響”,如不考慮土體發(fā)生拉張破壞的可能，在特定情況下(土體黏聚力較大)，按照極限平衡理論對邊坡穩(wěn)定性進行分析時，將會在土條

25、間產(chǎn)生負條間力及法向力，這一現(xiàn)象不僅不合理，還會導致數(shù)值計算不收斂。不考慮巖土體的張拉破壞這一事實，單純從M-C剪切破壞出發(fā)分析地質(zhì)體穩(wěn)定性問題，可能導致計算所得邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)較理論往往偏高1%10%,偏于冒險113.Taghavi等114在研究河堤穩(wěn)定性時，結合實驗結果及野外檢測數(shù)據(jù)，提出經(jīng)驗曲線來估計堤壩拉張裂縫的開展深度。鄧東平等115在考慮滲流條件下具有張裂縫邊坡的穩(wěn)定性，基于直線、圓弧和任意曲線3種滑動面型式，推導出折線型和臺階型邊坡的安全系數(shù)計算公式，研究結果表明，拉張裂縫的存在對邊坡穩(wěn)定性影響極大。戴自航等113在對土坡穩(wěn)定性進行數(shù)值分析時，考慮了土體發(fā)生拉張破壞的可能，并認為

26、當土坡內(nèi)某一點的最小主應力大于抗拉強度時，土體發(fā)生拉張破壞，否則土體發(fā)生剪切破壞，并以強度折減有限元法的實例分析進行了驗證。結合大量滑坡事故現(xiàn)場踏勘和勘察表明，滑動面的實際情況常與張拉-剪切復合破壞相吻合113.該研究在考慮拉張作用的土坡危險破壞面搜索方法上具有指示性，但沒有透徹地分析土體拉張破壞的實質(zhì)，也忽略了土體內(nèi)拉應力達到抗拉強度時，剪應力可能早已超過抗拉強度的情況。張迺龍等116利用線彈性斷裂力學分析土質(zhì)結構的斷裂機制，并且結合有限元對土質(zhì)邊坡頂部裂縫進行了計算，分析土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，并以斷裂力學理論為基礎建立了土質(zhì)邊坡頂部裂縫的穩(wěn)定性判據(jù)。Cai等117用線彈性斷裂力學理論對黏土邊坡穩(wěn)

27、定性進行研究得出，坡頂存在拉裂縫對堅硬超固結黏土垂直邊坡穩(wěn)定性的影響巨大?？v觀國內(nèi)外，總體上涉及到拉張破壞作用對邊坡穩(wěn)定性影響的研究并不多，像Baker118基于極限平衡方法來研究拉張強度對邊坡穩(wěn)定性影響(描述性研究)的文獻少見，而且其研究都只考慮土體中原就存在(既有)的拉張裂縫對土坡穩(wěn)定性的作用108115,缺乏對土坡變形破壞過程中發(fā)生的拉張裂縫的形成過程、機理(即拉張作用的起因及發(fā)展)以及拉剪耦合變形破壞過程的研究。近10年來，開始有更多的學者陸續(xù)關注到拉張裂縫發(fā)展過程對邊坡穩(wěn)定性的影響，例如，Toyota等119提出考慮拉張應力的三維應力條件下土樣破壞判據(jù)，并利用數(shù)值分析驗證了該判據(jù)在非

28、飽和土邊坡穩(wěn)定性分析中的應用，這也是意識到土樣變形破壞的模式及判據(jù)與邊坡體的變形破壞過程存在內(nèi)在規(guī)律的一篇重要文獻。Zheng等120利用動力方法分析邊坡在地震作用下的破壞機制，提出邊坡在地震作用下發(fā)生破壞是由裂縫上部的拉張破壞和剪切破壞共同引起的，而不僅僅是由于剪切滑移破壞引起的。Radoslaw121運用極限分析法，分析了事先給定的不同開展程度的裂縫對土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的影響，指出當坡角達到60時，拉張裂縫存在與否會導致土坡臨界高度相差50%.陸定杰等122認為開挖卸荷導致邊坡垂直節(jié)理張開并向深部發(fā)展，對邊坡土體的強度衰減作用明顯，當垂直裂隙與前緣緩傾裂隙貫通后，邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。這些研究的

29、學術思想在考慮拉張破壞的土坡穩(wěn)定性領域雖已有了長足的進步，但其著重點并未放在拉張裂縫的形成過程及機制，對拉剪耦合變形破壞，尤其是對考慮外界環(huán)境擾動條件的影響作用，也缺乏探討。與學術界對應的是，滑坡防治工程勘查規(guī)范(DZ/T0218-2006)將崩塌重新定義為“地質(zhì)體在重力作用下，從高速邊坡突然加速崩落或滾落(跳躍)，具有明顯的拉斷和傾覆現(xiàn)象”,這種定義強調(diào)崩塌破壞中的拉斷現(xiàn)象，比較符合人們對崩塌的認識，說明目前雖然無法給出崩塌更為具體的定義，但在實際工程規(guī)范及研究中已經(jīng)意識到拉張破壞作用在邊坡變形失穩(wěn)過程中扮演了極為重要的角色。雖然目前有大量的實驗和理論研究土體的拉張破壞和剪切破壞，對巖土體形

30、態(tài)各異的破壞模式在影響因素的層面做出了一定的解釋，在其應用(例如土坡穩(wěn)定性分析)上也獲得許多成果，但缺乏力學意義上的破壞模式判據(jù)，即土體在何種情況出現(xiàn)拉張、剪切以及混合破壞仍然沒有得到解決，目前巖土界對土體拉剪破壞耦合發(fā)展的機理及規(guī)律還不清楚。將拉張破壞與剪切破壞聯(lián)系起來形成合理的土體拉張-剪切破壞準則，是這一領域未來的研究熱點。5、研究現(xiàn)狀的幾個特點時至今日，土體抗拉張領域的研究雖仍然倍受關注，以往的研究也為土體抗拉張試驗積累了豐富的研究經(jīng)驗，提供了良好的基礎，但是其研究仍然少，專門針對非飽和土的研究更少。縱觀土的抗拉張力學特性研究的整個進程，此領域有5個特點：(1)研究從一開始注重抗拉張強

31、度測試方法，到完善測試方法，到關注試樣尺寸及制樣方法的影響123125,再到側重抗拉張強度特征及其主要影響因素，并已開始愈發(fā)感覺到了非飽和土的抗拉張力學特性與其粒間吸力關系十分密切，然而專門針對此關系的系統(tǒng)研究更是很少涉足。(2)抗拉張強度研究至近期已然表明，抗拉張1區(qū)域性的特殊土有其特殊性，如脹縮土、黃土的拉張強度特性有各自特點，但是對遇水敏感的非飽和紅土抗拉張強度的研究較缺乏。(3)對抗拉張強度的主要影響或控制因素及其機理，雖然國內(nèi)外取得了一定進展，積累了一定數(shù)據(jù)和資料，但仍缺乏系統(tǒng)的研究，還遠未形成較系統(tǒng)的非飽和土的抗拉張力學理論。(4)在非飽和土方面，抗拉強度理論研究未被重視。已有的實

32、驗或理論幾乎都是針對飽和土的。同時，由于缺乏統(tǒng)一的非飽和土吸力認識，目前的各種吸力理論(基質(zhì)吸力、粒間吸力、濕吸力)都是見仁見智，就目前已獲得的研究成果，要建立系統(tǒng)的非飽和土抗拉強度理論幾乎是不可能的。(5)在對土體抗拉張?zhí)匦赃M行研究時，往往將其與抗剪力學行為獨立開來，忽略了土體強度的另一個重要特性-抗剪切力學行為對抗拉張?zhí)匦缘挠绊懸?guī)律。實際上，土體的拉張和剪切并非脫離對方而獨立存在的，無論是室內(nèi)土樣實驗(拉剪混合破壞)，還是野外實際勘察(滑坡土體后緣多存有拉張裂縫)，其結果都表明土體的變形破壞是拉剪耦合漸進性發(fā)展的過程。6、展望新的重要研究方向綜上所述可見，土力學發(fā)展至今，對一般意義上的非飽

33、和土力學行為的研究還不夠充分，癥結就在于對土體抗拉張?zhí)匦约袄赳詈系恼J識還不夠透徹。為促進土體抗拉張力學理論體系的系統(tǒng)建立，同時可從側面進一步促進非飽和土土力學理論的研究，那么我們展望土體抗拉張力學特性研究的幾個新的重要研究方向：(1)非飽和土粒間吸力與其抗拉張?zhí)匦躁P系的認識。非飽和土中一個重要的基礎性課題即顆粒間的吸力問題亟待解決。對各種吸力的概念和本質(zhì)認識的正確與否，直接影響到非飽和土抗拉張理論的建立，也是進一步開展非飽和土拉剪耦合變形破壞研究的基本前提。總體上，當前人類對非飽和土粒間吸力力學特性的了解及其量化方法和測試方法的研究還不夠深入。雖然學者們對非飽和土的研究熱第3期湯連生等：土體抗拉張力學特性研究進展303情不減，也取得了很多成果，但需要解決的核心問題仍然是“吸力”問題，尤其是吸力的測量問題。如果能夠建立非飽和土粒間吸力和抗拉強度的關系，通過測量抗拉強度間接的測量粒間吸力，那研究清楚非飽和土粒間吸力與其抗拉張?zhí)匦缘年P系將是測量和驗證粒間吸力的另一個重要方法。(2)結合計算機技術、CT掃描等手段，從微觀角度研究抗拉張破壞及其粒間吸力。目前微觀層析成像技術在石油領域研究孔隙的連通性方面取得較大的進展