土力學論文作業(yè)

1、非飽和土的抗剪強度及參數(shù)的確定摘要：非飽和土的抗剪強度值確定與其有效應力原理和孔隙壓力特性密切相聯(lián)系，而這又離不開對非飽和土中氣相和液相以及土粒與液、氣相接觸面形態(tài)的分析。本文對Bishop等提出的抗剪強度理論及參數(shù)的測試方法進行了分析，為今后非飽和土的抗剪強度研究從理論轉(zhuǎn)向?qū)嵱锰峁┝死碚摶A。關(guān)鍵詞：非飽和土；抗剪強度；有效應力非飽和土的有效應力與抗剪強度是非飽和土研究的重要內(nèi)容之一。迄今為止已有了四十多年的歷史。在這四十多年中，人們基于不同的出發(fā)點，結(jié)合被研究土體的性質(zhì)，提出了各種各樣的抗剪強度公式。非飽和土的抗剪強度值的確定與其有效應力原理和孔隙壓力特性密切相聯(lián)系，而這又離不開對非飽和土

2、中氣相和液相以及土粒與液、氣相接觸面形態(tài)的分析。開展非飽和土抗剪強度問題較早的美國墾務局研究者們在處理其強度問題時采取的是強度參數(shù)，即c,9和c,9。兩者的主要差別在c上，而9值兩者較為接近。工uauauwuw程設計中究竟采取何種參數(shù)視工程具體情況而定。這種處理方法較為簡單，但機理分析不足。在非飽和土的抗剪強度理論中，有代表性的是畢肖普(Bishop)于1959年提出的非飽和土的有效應力表達式=+X(U-U)U(1)awat=c+Gu丿tan9+X(uu)tan9(2)faaw式中X參數(shù)，u與u分別為氣相和液相的孔隙壓力。aw然后，在此基礎上獲得了非飽和土的抗剪強度為(od)/2=a+(ou)

3、+X(xu)tan9(3)13f3afawf式中所有腳標式(1)存在著同樣的問題，即它沒有從理論上充分得到驗證。畢肖普所做的驗證試驗中并未檢驗土的強度性質(zhì)是否與(d-u)和X(u-u)的變化無關(guān)，而認為3aawo=常數(shù)，那么土的強度性質(zhì)也就完全確定了，事實上并未得到證明。所以Bishop所定義的%u+(1X)u與總應力差并非是真正的有效應力，而僅僅是一個粒間壓力。面積系數(shù)waX原來按Bishop的定義是：氣相與土粒的接觸面面積和液相與土粒接觸面面積之比?？墒牵@樣的概念以及土粒接觸的概念等對粘土來說，其物理含義仍是含糊不清的。因此，系數(shù)X僅僅是一個經(jīng)驗常數(shù)。且因多種因素的影響，X值的確定也存在

4、著困難。Gulhati曾指出，XS間的惟一性關(guān)系是有疑問的。同時，非飽和土體中有封閉氣體和開敞氣體之分，Xr值沒有對這兩種氣相形態(tài)加以區(qū)分，而事實上只有當土中氣相與外界大氣沒有交換，即氣相處于內(nèi)部連通狀態(tài)和完全封閉狀態(tài)時或飽和度s大于臨界值時，X值才有意義。Golemanr還指出，X值對于土的強度問題和體變問題是不同的。有人還發(fā)現(xiàn)土的結(jié)構(gòu)和體積變化取決于飽和方向（或飽和路徑，指含水率增加還是減小的變化方向）。有效應力原理在非飽和土中的局限性，促使人們直接從bb、u、u等值的變化,13wa研究它的應力一應變關(guān)系，而不必求助于人為的參數(shù)x。加拿大的Fredlund等人1978年比較系統(tǒng)地研究了這個

5、問題。認為非飽和土的法向應力變量9-u）和（u-u）這一組合最能滿意地表征非飽和土的應力狀態(tài)。用上述兩個變aaw量并參照莫爾一庫倫方程得出了非飽和土的抗剪強度表達式4）t=c+Gu）tanp+（uu）tanpbfaaw當土趨于飽和時u-u=0，u=u，則該式退化為G%waw5）-u）tanPfw式（4）中參數(shù)P的含義與飽和土相似。參數(shù)Pb相當于土的基質(zhì)吸力（u-u）對抗強度aw的貢獻大小。Fredlund還建議以三維空間工-b-C-u）坐標來表達破壞面。從式（5）形式可fawf知，該破壞面為一平面，其在縱軸（I軸）上的截距為凝聚力c。式（4）的物理意義十分明確清楚。它把由于外荷的有效應力9-u

6、）所引起的剪阻a力與由于土內(nèi)部的有效應力（u-u）的剪阻力分開來，因為這兩種有效應力的物理概念aw和作用其實是不相同的。參數(shù)Pb的求法如下：當取（G-u）為常數(shù)時，改變（u-u）值可以得到不同的JC、afawf-u丿圖上求得Pb值?？梢钥闯鍪剑?）中三個參數(shù)C、P和Pb三個參fawf數(shù)均需由試驗求出,這就避免了像畢肖普公式所遇到的x值的不確定性和求x的值的困難了。因此，這個公式不論在概念上還是使用上都優(yōu)越，概念更合理清晰，使用更方便準確。該方程不僅適用于土內(nèi)孔隙空氣處于內(nèi)部連通階段，而且也適用于孔隙空氣處于部分連通階段。式（4）的驗證工作已有許多國家的研究者進行過。所有成果都顯示出相關(guān)性極好的

7、規(guī)律，每一種土的試驗數(shù)據(jù)基本上都落在一個三維空間工-C-u）的一個平面上。例faw如薩蒂迦（Satija）用Dhanauri粘土試驗求得c=11.3327.3/kpaP=28.5。29。Pb=12.6。22.6。又如霍（D.Y.H。）采用一個試樣分級加荷的方法進行的試驗得出：對于風化花崗巖，Pb的平均值和標準值為15.3。士5.7。；對風化花崗巖，Pb=18.8。土2.4。把試驗求的pb值與外荷引起的值相比可以發(fā)現(xiàn)，對一般土P值高于Pb值，Pb約為P的一半或更多一些。如霍所求得的風化花崗巖和風化火山巖的P值33。35。以上。值得指出的是，由于土的基質(zhì)吸力（u-u）所增長的強度實際上是相當于增大

8、了凝aw聚力c。因此，非飽和土的總凝聚力表達式為c二c+(u-u)tan申b(6)aw近年來，我國的學者也對非飽和土的抗剪強度進行了深入的研究，并且取得了突破性的進展。我國的學者盧肇鈞提出吸附強度理論(由吸力產(chǎn)生的抗剪強度稱為吸附強度)，強度表達式為t=c+G-u)tan屮+mPtan屮(7)fas式中P為膨脹力：m為試驗參數(shù)s后來一些研究者提出了吸附強度t的第三種表達式st=mPtanp(8)ss1960年A.W.Bishop等和1978年D.G.Fredlund等分別提出了他們各自的非飽和土抗剪強度的有效應力表達式:Bishop公式2)t=c+G-u)tanp+X(u一u)tanpawfa

9、Fredlund公式t=c+Gu)tanp+(u一u)tanpb(4)faaw其中X(u-u)tanp及(u-u)tanpb稱為非飽和土的吸附強度,這兩項(u-u)awawaw及X和pb的測試儀器和試驗方法均十分復雜，而膨脹力P則更容易測定，所以文獻3將非s飽和土的吸附強度用膨脹力來表示,這無疑具有重要的實用價值和學術(shù)意義,但研究者通過試驗與觀察，對文獻3中吸附強度t的表示方法和有關(guān)結(jié)論進行了進一步的探討，結(jié)果分析s得出吸附強度與膨脹力的關(guān)系為t=KP(9)ss其中K為常數(shù)，資料統(tǒng)計結(jié)果為0.425。表達式t=mPtanp與表達式t=KP形似相同，但t=KP中的k值約為0.425,ssssss

10、幾乎為一不變的常數(shù)，而t=mPtanp中的m值卻是一變化數(shù)，并且m值的獲取也比較麻ss煩，因此，將吸附強度與膨脹力歸結(jié)為式(9)將更簡單、實用。關(guān)于Z(u-u)的表示方法,Bishop公式中X(u-u)tanp中的p角是非飽和土的awaw有效內(nèi)摩擦角，這與文獻3中關(guān)于p角的概念是一致的，而p角通過直剪儀或通過改裝的三軸試驗即可比較容易地獲得，只要測出膨脹力P，通過式(9)就可知道吸附強度T。ss按Bishop公式：t=X(uu)tanpsaw按研究者建議：t=KPss令以上兩式相等，則KP=X(u-u)tanpsawKP/tanp=X(u-u)Saw其中K為常數(shù)，資料統(tǒng)計結(jié)果為0.425。關(guān)于K值,表達式e二KP中的K值約為0.425是根據(jù)文獻3中的室內(nèi)試驗資料得到ss的,對除廣西、山東濰坊地區(qū)以外的其他地區(qū)的膨脹土這一結(jié)論是否適用,還需要進一步試驗研究資料的檢驗。參考文獻：盧