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非饱和土的有效应力与变形——强度特性规律的研究

邢义川  
【摘要】:简化复杂的非饱和土理论的最佳途径可能是单变量的有效应力;饱和土理论顺利 地应用于非饱和土的桥梁也可能是单变量的有效应力。本文紧紧围绕这—主线对非饱 和上的有效应力及其力学特性开展了多个层面的研究。 在对非非饱和土应力及力学特性研究现状进行评述的基础上,首先由力传递机理和 力学规律入手,从土单元体、土颗粒传递应力和收缩膜传递应力出发分别推导出非饱 和上的有效应力公式。公式中的有效应力参数在三个主应力方向各不相同,有 χ_1,χ_2,χ_3之分,而每个主应力方向参数都包括结构强度胶结、嵌固项、水的体积率 (吸力)项,渗析吸力项和表面张力项的影响。使著名的Bishop有效应力公式得到 了重要的补充。 新公式可以用三个主应力或球应力与偏应力形式表示,其中的各个参数均可用常 规非饱和土三轴试验的(σ_1-σ_3)-ε_1曲线、(μ_a-μ_w)-ε_1曲线和ε_ν-ε_l曲线计算得到。 本文提出了具体的确定方法和它们之间的换算关系以及用此有效应力表示非饱和土强 度、变形和应力──应变关系的途径。 接着,将上述思路和方法应用于对杨陵原状黄土三轴压缩试验和真三轴压缩试验 成果、对张桥原状黄土三轴增湿试验成果以及对文献中关于一般粘性土和膨胀试验成 果的计算和回判分析,表明了新有效应力公式应用的简便性与广泛性。 最后以杨陵非饱和黄土为对象,用常规三轴资料得到了非饱和土不同湿度状态下 的强度参数c',ф'并将其与饱和情况的c,ф'进行了比较。指出了“非饱和土有效 内摩擦角与饱和土有效内摩擦角基本相等”这一结论的局限性。进而结合作者已提出 的黄上破坏条件以真三轴试验资料论证了它在有效应力条件下的适应性。


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