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非饱和土普适的强度与变形理论研究

程钰  
【摘要】: 对于非饱和土土力学的研究,基本上都是围绕吸力这一基本概念开展的。吸力是土体粒间作用力的宏观表现,与土颗粒的尺寸与分布密切相关。土体中颗粒尺寸与分布的随机性,决定了在饱和度变化过程中,土体基质吸力变化的复杂性。因此,描述两者之间关系的土水特征曲线并非一条光滑的曲线,而是一条呈现台阶式起伏的曲线。以往的曲线方程都很少能准确描述土体粒径大小分布与土水特征曲线之间的相似和对应关系。土颗粒的粒径与基质吸力之间存在一定的倒数关系,土颗粒粒径越小、基质吸力就越大,反之亦然。然而,土颗粒的尺寸并不会趋近于无限小,存在一个最小极值。因此,土体的基质吸力也存在最大极值。本文在此基础上建立了一个全新的土水特征曲线方程。 颗粒间一切能有效提高土体抗滑能力的因素都称之为广义吸力,基质吸力只不过是其中的一个重要部分。随着饱和度的降低至零,土体间的基质吸力会趋向于一个很大的值,此时土体的强度却不可能趋向于一个很大的值。也就是说,在此过程中只有一部分吸力对强度发挥了作用。因此,从广义吸力丧失的观点出发研究非饱和土的强度是非常有益的。本文就是通过研究基质吸力和结构凝聚力两部分对强度的贡献,建立了非饱和土剪切强度方程,该方程可以较准确的反映砂性土和粘性土的强度特性。 非饱和湿胀性土与湿陷性土分别具有亚稳态孔隙比结构和超稳态孔隙比结构,广义吸力是维持这种结构的主要因素。随着广义吸力的丧失,两者均处于一个不稳定的孔隙状态,土体会向一个稳定孔隙比的状态发展。超孔隙比结构产生膨胀,亚稳孔隙比结构的产生收缩。目前还没有一个能够很好解释这一统一变形本质的理论。本文基于稳态孔隙比理论和空间状态面的唯一性原理,通过简单叠加广义吸力丧失产生的孔隙比的增量和净应力压缩作用下的孔隙比增量,建立了能够同时反映湿陷性和湿胀性变形的空间状态面方程。


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