非饱和膨胀土SWCC研究

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《土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究》读书报告

《土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究》读书报告冯冬冬2011.11.7 阅读文献：张雪东. 土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2010.一．文献内容1. 文献在分析了SWCC应用的基本步骤、SWCC形状特点的基础上，结合现有SWCC模型的函数形式的特点，分析了拟合SWCC试验散点时可能出现的问题，而后在统计了21种土的SWCC拟合结果的基础上，首次提出了一种使用不完整SWCC(测量未到达残余状态)的试验点，拟合得到能够正确地反映土中孔隙结构特点和持水能力的函数的计算方法，使用这种方法，可以解决在试验条件有限，无法测得完整SWCC时，难以根据试验结果准确地确定一些非饱和上力学模型中的相关参数的取值问题。

2.以概率论为基础，利用SWCC和孔隙(水)分布函数之间的关系，提出了平均孔隙半径的概念，而后以此为基础得到了一个能够模拟变形对SWCC影响规律的计算模型;由于该模型考虑了土中的初始孔隙结构对SWCC随变形的变化规律的影响，所以它能够给出比较理想的计算结果;该模型可为建立分析非饱和土的水力、力学特性相互影响的计算模型奠定基础。

3.以概率论为基础，提出了一个能够考虑土中孔隙结构影响的饱和土渗透系数计算模型，而后结合本篇文章提出的模拟SWCC随变形的变化规律的计算模型，以及Mualem相对渗透系数模型，建立了一个能够模拟变形对非饱和土渗透系数影响的计算模型，该模型不仅能够考虑孔隙大小的变化对渗透系数的影响，更能够考虑孔隙结构变化的影响，这使得预测结果能够更加接近于实际情况。

4. 以传统域模型的基本原理为出发点，提出了一个能够方便地模拟多次浸润(吸湿)、干燥(脱湿)过程，以及在含水量(吸力)变化历史未知的情况下模拟含水量随吸力变化规律的SWCC 滞后模型;而后以该模型为基础，得到了一个利用边界干燥曲线以及一条一阶浸润扫描线预测边界浸润曲线的计算方法，使用该方法，可以减少SWCC滞后模型计算时所需实测的数据，从而使现有的一些SWCC滞后模型能够方便地应用于实际工程中。

非饱和膨胀土的膨胀特性试验研究

３个过程，即
（）等速膨胀阶段。在此膨胀阶段，１随着时间
３１膨胀量研究．
的增长线膨胀率迅速增大，二者基本呈现线性关系。
试验结果表明，膨胀土的线膨胀率与起始含水量有着线性的关系。对膨胀量与起始含水量进行线性回归分析，：得
１赝暇ｊｋ；／Ｐａ
图１土水特征曲线
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２４・
北方交通
对于非饱和膨胀变形试验，当土体的膨胀变形量达到总变形量的９％时，为膨胀变形已基本完５认
成。所对应的时间即认为膨胀所需时间。试验结果如表２所示。
研究。结果表明由于不同初始含水量的膨胀土具有不同的基质吸力值，导致土样在吸湿过程中发生不同的膨胀变形量。根据膨胀变形试验结果，建立了膨胀土的膨胀量、膨胀速率以及膨
胀变形所需时间与起始含水量的相关公式。
关键词
１引言
非饱和膨胀土土水特征曲线膨胀量初始含水量
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第３期
北方交通
・３・２
非饱和膨胀土的膨胀特性试验研究
王恒福
（连市高速公路管理处，大大连１６２）１０４
摘
要
针对不同起始含水量的非饱和膨胀土，对其膨胀量和膨胀速率进行了详细试验
大的负孔隙水压力。土体的负孔隙水压力使它具有不同于饱和土的性状。在大气影响和地下水位线变动下，土体经常经受到干湿循环效应，导致基质吸力和土体结构也随着发生变化。非饱和膨胀土在吸Ｊ

非饱和膨胀土SWCC研究_李志清

第27卷第5期岩土力学 V ol.27 No.5 2006年5月 Rock and Soil Mechanics May 2006收稿日期：2004-08-16 修改稿收到日期：2004-12-10基金项目：中科院创新项目（No.KZCX3-SW-134）和973项目（No.2002CB412702）资助。

作者简介：李志清，男，1981年生，硕士研究生，主要从事非饱和特殊土方面的研究。

E-mail:lizhiq-2002@ 。

文章编号：1000－7598－(2006) 05－0730－05非饱和膨胀土SWCC 研究李志清1，胡瑞林1，王立朝2，李志祥3(1.中国科学院工程地质力学重点实验室，北京 100029；2.中国地质环境监测院，北京 100081；3.铁道第四勘察设计院，武汉 430063)摘要：研究土体吸力与含水量关系，对于非饱和土的变形和强度问题，有重要的应用价值。

利用非饱和土三轴仪对膨胀土进行试验研究，比较系统地分析了矿物成分、孔隙结构、土体应力状态、应力历史等因素对土-水特征曲线的影响。

尤其土的矿物成分和孔隙结构是主要的影响因素。

综合考虑各种因素的影响，通过室内和野外吸力量测，对土-水特征曲线进行拟合、比较，建立了幂函数模型。

由土-水特征曲线可知，室内干湿循环土-水特征曲线具有明显的差异性，野外土-水特征曲线的差异性不明显，并与室内浸湿曲线相似。

将野外曲线和浸湿曲线结合起来，推算非饱和状态下土的渗透性、抗剪强度等指标，可以较好地解决岩土力学问题。

关键词：非饱和膨胀土；土-水特征曲线；基质吸力；含水量；干湿循环中图分类号：TU 411 文献标识码：AStudy on SWCC of unsaturated expansive soilLI Zhi-qing 1, HU Rui-lin 1, WANG Li-chao 2, LI Zhi-xiang 3(1.Key laboratory of Engineering Geomechanics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China; 2.China Institute for Geo-Environmental Monitoring,Beijing 100081, China; 3.The Forth Survey &Design Institute of China Railway, Wuhan 430063, China)Abstract: It has great important application value to study the relations between suction and moisture of unsaturated soil for its deformation and intensity. With the unsaturated triaxial equipment for expansive soil test, we analyze systematicially the multi-factors such as the components of mineral, the structure of hole, the stress state of soil and the stress history etc., which affect soil-water characteristic curve (SWCC). Especially the components of mineral and the structure of hole are primary influential factors. Based on the measurement of matric suction indoor and outdoor, we think over synthetically the effect of multi-factors to fit and compare SWCC, also we build the model of power function. And according to SWCC, the otherness is obvious in the curve of dry-damp circulation indoor and not obvious in the curve outdoor, which is similar to the welter curve indoor. The permeability and shear strength etc. of unsaturated expansive soil can be calculated by combining the curve outdoor with welter curve, which has great superiority in solving problems of geotechnical mechanics.Key words: unsaturated expansive soil; SWCC; matric suction; moisture; dry-damp circulation1 引言土壤-水分特征曲线(SWCC)是土壤基质势随土壤含水率变化的曲线，它表示了土壤水的能量与数量之间的关系。

非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究

非饱和原状土土—水特征曲线及本构模型的研究原状土具有一定的结构性,主要以非饱和状态存在于自然界中。

与饱和土不同,非饱和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙气(气相)和液-气交界面四相体系构成的。

这四相体系的变化是影响土结构性的内因,外因(如外力或吸湿)则是通过影响内因起作用的。

因此,原状土的力学性能要比室内重塑土的复杂得多。

若采用室内重塑土的试验结果去解决实际工程问题,则可能会造成安全隐患或不必要的经济浪费。

因此,在建立非饱和土本构模型中考虑土结构性的影响具有重要的理论意义和应用价值。

本文针对非饱和原状土开展了室内试验研究和理论研究工作,并取得了以下研究成果：(1)利用Fredlund SWCC压力仪对北京市平谷新城区不同深度处的原状粉质粘土进行了室内的土水特征曲线(Soil-Water Characteristic Curve, SWCC)试验研究,并考察了土体初始孔隙比对土水特征曲线的影响。

最后采用Brooks&Corey给出的土水特征曲线方程对实验结果进行了拟合和分析。

分析结果表明：孔隙比对这种原状粉质粘土土水特征曲线的进气值sα和孔隙分布指数δ的影响比较大,而对残余含水量θr的影响相对较小；(2)分别给出了Assouline土水特征曲线方程中参数ζ和υ与土体孔隙率n之间的关系式,并利用已有实测数据对所提出的关系式进行了验证,结果表明：该关系式能够较好的反映参数随孔隙率增加或减少的变化规律；将所给出的关系式与Assouline (1998)所给出的土水特征曲线方程相结合,给出了七种不同土(包括原状粉质粘土)的预测结果和实测结果的对比,结果表明：本文所给出的方法对这七种土都能给出比较好的预测结果；(3)在Desai提出的扰动变量的基础上提出了适用于描述非饱和土结构性劣化的耦合扰动状态变量的概念,该扰动变量可表示为吸湿扰动变量和外力扰动变量的函数。

给出了耦合扰动变量的演化方程,方程中定义了新的结构性参数衰减指数α和峰值强度因子β。

非饱和土土水特征曲线(SWCC)测试与预测

ｃｎｂｅｔｄｗｉｈｆｒｐｐｅ．Ｔｅｄｗ —ｐｉｔｐｔｎｔｍｅｅａｅｕｅｏｍｅｓｅｔｔｕｔｏａｅｔｓｅｔｉａｒｈｅｈｅｏｎｏｅｉｏｔｒＣｎｂｓｄｔａｕｒｏａｓｃｉｎ－ｅｐｃａｌＳｌｓｅｉｌｙＯ－
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工程地质学报
１００４—９６／０７１（５－征曲线（ＷＣ测试与预测ＳＣ）
李志清① 李涛② 胡瑞林① 李熊③ 李壮举④
土力学性质、渗透系数、抗剪强度及分析边坡稳定性有重要意义。由于准确测试ＳＣ难度较大，ＷＣ并且测试影响因素较多，所以根据土体孔隙大小分布和颗粒大小分布情况预测ＳＣ也是一种较好的方法。ＷＣ，关键词非饱和土土水特征曲线数学模型
中图分类号：６２１６Ｐ４．１文献标识码：Ａ
非饱和土土水特征曲线（ＷＣ）ＳＣ表示了土中含水量与吸力之间的关系。文章介绍了６种常用方法，各有其适用范
围。体积压力板仪可量测最大基质吸力值为１０ｋａ的干燥曲线和浸湿曲线；５０Ｐ超过１０ｋａ时，５０Ｐ可用盐溶液法进行量测：ｅ — Ｔｒｎｐｅｌ仪可量测基质吸力达１０Ｐ０ｋａ的干燥曲线；滤纸法可用于测量土体的基质吸力与总吸力；ｅＤｗ—ｐｉｔｏ电位计可用于量测土ｎ样总吸力变化，尤其适合渗透吸力的量测；ＤＴＲ探头适合于量测小于３０Ｐ０ｋａ的基质吸力。用ＧＳ非饱和土三轴仪可以进行ＤＳＣ测试，ＷＣ测试范围主要取决于陶土板的进气值。用准确的数学模型对测得的含水量、吸力数据进行拟合，于预测非饱和对

非饱和膨胀土强度及土水特性室内试验研究

第43卷第11期•1〇〇 • 2 0 1 7 年 4 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.43 No. 11Apr.2017文章编号：1009-6825 (2017) 11-0100-04非饱和膨胀土强度及土水特性室内试验研究郭震山(山西省交通科学研究院黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西太原030006)摘要:依托某浅埋膨胀土隧道工程，制备不同含水率的土样进行直剪试验,建立了膨胀土强度参数随含水率变化的经验公式，采用滤纸法测得膨胀土在吸湿过程中基质吸力随含水率的变化规律，并依据试验数据对土一水特征曲线按V-G模型进行拟合并确定拟合参数，结果表明:现场膨胀土属于低压缩性土，具有中等膨胀潜势，土体摩擦角随含水率的增加呈线性减小,黏聚力随含水率的增加呈二次抛物线形减小，土一水特征曲线与V-G模型拟合程度较好。

关键词:膨胀土，室内试验，强度参数，基质吸力中图分类号:TU411 文献标识码:A膨胀土在我国分布广泛且种类较多[1’2]，同时膨胀土具有显著的地域差异性，不同地区膨胀土的工程特性不尽相同。

工程中遇到的膨胀土多为非饱和土,其对环境中湿度的变化非常敏感，遇水膨胀、失水收缩，同时其强度参数和基质吸力也随土体中含水率的变化而发生显著的改变。

在外界雨水补给条件下,膨胀土含水率升高，土体发生软化膨胀，非饱和区基质吸力降低,导致膨胀土抗剪强度降低，从而诱发膨胀土路基不均匀沉降[3]、膨胀土边坡失稳破坏[4]、膨胀土隧道坍塌[5_7]等严重工程事故的发生。

1研究进展目前，国内学者已经对膨胀土进行了大量的室内和现场试验，以研究膨胀土的工程特性。

项伟等[8]通过室内试验研究了南水北调潞王坟段膨胀土的膨胀变形特性。

刘鹏[9]和杨庆等[1°]对膨胀土抗剪强度随含水率的变化关系进行了试验研究，并得到了抗剪强度参数随含水率的变化关系。

周葆春等[11]和黄志全等[12]采用滤纸法对非饱和膨胀土的土一水特征曲线进行了测定。

非饱和土力学03-吸力与SWCCPPT

Suction
孔隙水与土颗粒间相互作用而产生的吸力中的各个部分
毛细作用吸附作用
因溶质溶解作用而产生的吸力
渗透作用
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1. 吸力的概念
基质吸力的探讨 Matric suction
➢ 源自毛细与短程吸附综合作用的吸力通常定义为基质吸力，它具有与压力一样的单位。
➢ 基质，是指细小的土颗粒。基质吸力可以看作是土基质对水的吸持潜能。
力学角度对土的吸力及其组成下来定义。这些定义已在岩土工程学中被广泛接受。
➢ 土中吸力反映土中水的自由能状态
4
1. 吸力的概念
自由能
➢ 什么是自由能？ free energy
在热力学当中，自由能指的是在某一个热力学过程中，
系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分，它衡量的是：在一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。
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1. 吸力的概念
孔隙水总势能
p T g o c ad
➢ 忽略温度、重力与惯性的影响，促使土体孔隙水势能降低的主要因素有：渗透作用——孔隙水中溶质溶解的结果毛细作用——水-气交界面曲率以及负孔隙水压力吸附作用——固-液（即土中孔隙水）交界面附近的电场与范德华力场作用而产生
1. 吸力的概念
基质吸力的探讨
➢ 基质吸力中的毛细部分和粘吸部分在概念上的区分是明显的，但难以通过试验手段加以区分
➢ 基质吸力中的各个部分对非饱和土行为影响的机理并不相同。对于低塑性的或较高含水量下的土体，基质吸力中毛细部分占支配地位；然而对于高塑性的粘土或较低含水量下的土体，基质吸力中粘吸部分占支配地位。
c (ua uw )
➢ 通常，基质吸力中的毛细部分可表示为：

非饱和土土水特性试验研究

非饱和土土水特性试验研究陈贤挺;闫纲丽【摘要】The paper undertakes the triaxial test on the unsaturated soil in Luoyang area with improved unsaturated soil triaxial apparatus,and undertakes the analysis and research on the influence of the soil and water characteristic and specimen reconstruction on matric suction,proves by the research that the matric suction of the trial didn＇t have the linear reduction along with the increasing confining pressure,the matric suction has the continuous reduction along with the increasing saturation,and the relationship between the saturation and the matric suction is continuous.%在改进的非饱和土三轴仪上对洛阳地区非饱和土开展了三轴试验,并依此对非饱和土土水特性、试样重塑对基质吸力的影响进行了分析研究。

研究表明：试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,基质吸力随饱和度的增大而连续减小,饱和度与基质吸力的关系是连续的。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)024【总页数】2页(P81-82)【关键词】非饱和土;三轴试验;基质吸力;饱和度;土水特征曲线【作者】陈贤挺;闫纲丽【作者单位】广西电力工业勘察设计研究院地质部,广西南宁530023;黄河水利职业技术学院土木系,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】TU4411 概述存在于非饱和土中的吸力是其区别于饱和土的根本特征，基质吸力对非饱和土的力学特性有着重要的影响，它随着含水率、饱和度的变化而变化。

宁明非饱和膨胀土的变形特性研究

宁明非饱和膨胀土的变形特性研究膨胀土是一种具有显著胀缩性、裂隙性和超固结性的特殊非饱和粘土,遇水膨胀、失水收缩是其典型特性。

多年来不少研究者致力于其变形特性研究,但已有的非饱和膨胀土本构模型大多因参数多、试验复杂取值难,不能为实际工程所应用。

为方便开展南友路膨胀土堑坡滑坍演化规律的分析,本文较系统地进行了宁明非饱和膨胀土变形特性试验研究,并分别从应力-应变-含水率(饱和度)及应力-应变-吸力入手,探讨并建立实用型本构模型。

首先,通过分析有荷膨胀量及无荷收缩试验结果,获得初始含水率及上覆压力、初始含水率及初始干密度对宁明非饱和膨胀土的胀缩特性影响规律,建立相应的膨胀过程中有荷膨胀量及收缩过程中线缩率与过程含水率之间的表达式。

利用先进的GDS系统开展K0固结试验,获得宁明灰白、灰黑两种膨胀土的静止侧压力系数,弥补了工程中K0系数大多依经验取定值的缺陷。

同时分析K0系数随含水率及围压的变化规律,建立起函数关系式,为变形参数泊松比μ的确定提供基础。

同样由GDS三轴试验,得到灰白、灰黑两种宁明膨胀土的弹性模量E值,按已有的泊松比μ与K0间的确定关系间接求得其泊松比μ值,较好解决了已有非饱和膨胀土本构模型存在的参数多、试验复杂取值难的问题。

分析E、μ两变形参数随含水率及围压的变化,得到E随含水率的增大而减小,随围压的增大而增大,μ随含水率及围压的增大而增大的规律,进而建立E、μ与含水率、围压之间的函数关系式。

最后,基于饱和土理想弹塑性本构模型,并结合变形参数试验研究结果,将模型中的变形及强度参数均表达成含水率和围压的函数,从应力-应变-含水率(饱和度)的途径出发,建立了非饱和膨胀土工程实用型本构模型。

同时,运用K0固结这一特殊变形状态的研究成果,尝试从应力-应变-吸力的途径出发,建立了宁明膨胀土单向加载条件下的一维本构模型。

合肥非饱和膨胀土干湿循环强度特性试验研究的开题报告

合肥非饱和膨胀土干湿循环强度特性试验研究的开题报告研究背景：非饱和膨胀土是一种特殊的土壤类型，在自然环境及工程中广泛存在。

非饱和状态下，土壤的物理、机械性质均不同于饱和状态下，因此对于非饱和膨胀土的强度特性研究具有重要意义。

干湿循环是非饱和膨胀土在自然环境中常常面临的状态，而且工程中也经常遇到类似的情况，因此研究干湿循环对非饱和膨胀土强度特性的影响，对工程实践具有重要意义。

研究内容：本次研究旨在探究干湿循环对非饱和膨胀土的强度特性产生的影响，主要内容包括以下几个方面：1.对非饱和膨胀土的基本物理性质进行测试分析，获取土壤的物理参数。

2.采用室内湿度控制设备进行干湿循环试验，研究干湿循环对非饱和膨胀土的强度特性的影响。

3.通过试验数据分析，总结出非饱和膨胀土的干湿循环强度特性变化规律，以及其对工程实践的影响。

研究方法：本研究将采用实验室试验的方法，对非饱和膨胀土在不同干湿循环条件下的强度特性进行测试分析，具体步骤如下：1.采集代表性的非饱和膨胀土样品进行试验前的处理，包括土样的筛选、处理等工作。

2.对土样的基本物理特性进行测量，包括土样的容重、质量含水率、干密度等物理参数的测量。

3.采用室内湿度控制设备进行干湿循环试验，控制试验室内的温度和湿度条件，模拟不同的自然环境条件下的干湿循环情况，并记录土样在不同湿度和干湿循环条件下的强度参数数据。

4.通过试验数据分析，总结出非饱和膨胀土的干湿循环强度特性变化规律，以及其对工程实践的影响。

预期成果：通过本次研究，预期可以获得以下几个方面的成果：1.得出非饱和膨胀土在干湿循环条件下的强度特性变化规律。

2.揭示干湿循环对非饱和膨胀土强度特性产生的影响机理。

3.探究非饱和膨胀土在干湿循环情况下的工程应用前景。

4.为非饱和膨胀土的工程应用提供一定的技术支持和指导。

研究意义：通过对干湿循环对非饱和膨胀土强度特性的研究，可以更加全面地了解土壤在自然环境中的变化规律和工程实践中所可能遇到的问题。

非饱和原状残积土土水特征曲线研究

非饱和原状残积土土水特征曲线研究许旭堂;简文彬【期刊名称】《工程地质学报》【年(卷),期】2015(000)004【摘要】利用压力板仪装置开展不同竖向应力、不同干湿循环次数和不同类型原状土（残积黏性土和残积砂质黏性土）的SWCC曲线试验研究，比较和分析未考虑体积变化和考虑体积变化的土体 SWCC滞回圈面积以及进气值和出气值的变化规律。

研究结果表明传统方法获取的 SWCC曲线会高估土体抵御变形的能力，试验条件变化引起土体内部结构调整是 SWCC曲线发生变化的内在原因；高应力水平条件下，土体孔隙变化显著，导致吸湿过程 SWCC变化明显，吸湿和脱湿路径时 SWCC形状的不平等变化促使彼此间更为接近，这种变化会减小 SWCC滞后性随有效应力水平的变化。

最后，根据试验数据对3类SWCC修正公式进行拟合优度分析，结合模型参数的简洁性，得出修正 VG模型最符合闽东南地区原状残积土的 SWCC建模。

研究成果可为残积土边坡的工程特性及治理提供有意义的参考。

%The stress dependent pressure plate extractor system is used to study the residual soil SWCC curve ofdifferent vertical stresses,drying and wetting cycles and different types of natural residual cohesive soil and residualsandy clay.Then the laws of SWCC hysteresis loop area with and without volume change and AEV and AexV ofresidual soils are analyzed and compared.Results show that not only the ability of soil to resist deformation can beoverestimated by the traditional method of SWCC curve,but also the underlying cause of SWCC curve changing isdue to soilinternal structure change constantly;Meanwhile,the higher net stress levels are ,the larger size poresare much more influenced by the net stress.Thus the wetting branch is much more affected.The observed unequalchange in the shape of drying and wetting branches of SWCC at higher net stress values brings them close to eachother,and reduces the SWCC hysteresis as the net stress level increasing.Finally,according the simplicity of model parameters and the goodness-of fit analysis results of the 3 kinds of improved SWCC models,the improved VGmodel has been found to be the most suitable model for all SWCC of the natural residual soil in southeast of Fujian.The above research is useful and meaningful as reference for the engineering characteristics and governance of theresidual slope.【总页数】7页(P668-674)【作者】许旭堂;简文彬【作者单位】福州大学岩土工程与工程地质研究所福州 350108; 福州大学资源与城乡建设系福州 350108; 福建农林大学交通与土木学院福州 350002;福州大学岩土工程与工程地质研究所福州 350108; 福州大学资源与城乡建设系福州 350108; 福建省地质灾害重点实验室福州 350002【正文语种】中文【中图分类】P642.22【相关文献】1.原状黄土土水特征曲线拟合方法研究 [J], 郭鸿;陈茜;陈栋梁;李军2.重塑花岗岩残积土土水特征曲线试验研究 [J], 龙志东;徐一鸣;史斌;罗志奇;任天锃3.原状黄土土水特征曲线预测方法研究 [J], 郭鸿;李军;王鹏程;郭瑞;4.原状黄土土水特征曲线预测方法研究 [J], 郭鸿;李军;王鹏程;郭瑞5.不同地区原状黄土土水特征曲线试验研究及其在边坡稳定性评价中的应用 [J], 范珊;张晓超;裴向军;张硕;常志璐;崔雪婷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题

【摘要】主要叙述非饱和膨胀土及其边坡稳定研究方面的新进展。

首先讨论了非饱和土研究中与土坡稳定性有关的若干重要特性,指出非饱和土的气P水形态问题是非饱和土研究的一个基本问题。

并提出随含水率由小变大,非饱和土存在四种气P水形态,不同气P水形态的土具有不尽相同的性状。

然后,对非饱和土的吸力和土水特征曲线以及不同气P水形态下的强度作了讨论,并对非饱和土的本构关系作了简要的介绍。

接着以南水北调中线膨胀土渠道工程为背景,以吸力问题为中心,对非饱和膨胀土边坡滑动的各种内在的和外界的因素进行了分析,尤其对新近研究的降雨入渗和裂隙影响的研究进行了定量的分析,改变了以往对这方面只进行定性研究的情况。

在此基础上对边坡失稳的机理和考虑裂隙及雨水入渗的稳定分析方法进行了研究。

【关键词】非饱和膨胀土;气P水形态;吸力;降雨入渗;裂隙网络;边坡稳定一、非饱和土的性状土体中含有气体使非饱和土的性质远比两相的饱和土复杂,饱和土的某些原理对非饱和土不再适用,或者需要重新论证。

弄清非饱和土的基本性状和工程性状及其主要影响因素,在此感性认识的基础上进行性质抽象和关系抽象,建立非饱和土研究的基本思路,探索在工程中考虑这些性状的本构关系和定性的、定量的分析方法,提出合理的计算公式,选择合适的特性参数试验方法(尤其是吸力的量测技术) ,确定各特性参数量值的范围,并将分析结果在实践中进行验证和修正等:这些就是非饱和土力学研究的主要任务。

鉴于本文的主题为边坡稳定,因此在叙述中与稳定性相关的内容叙述得较为详细,为节省篇幅,与稳定性关系较少的内容则叙述得较为简单。

二、膨胀土特性的研究1、膨胀土研究概况我国膨胀土研究始于20 世纪五六十年代。

首先出现的工程危害是因膨胀土地基基土胀缩而产生的房屋开裂和倒塌。

当时的研究主要集中于膨胀土的分类鉴别、试验方法和变形特性等,在膨胀量和膨胀力及其影响因素方面有不少的研究成果,这方面研究成果后来还有发展,并将膨胀力与吸力联系起来。

非饱和膨胀土持水能力试验研究

ｄｅｓｔｓｃｒｉｄｏｔｂｙｈｅｓｒｌｔ．Ｔａｉｈａａｔｒｓｉｓａｅａａｙｅｎｔｏｌｗａｅｈｒｃｅｉｔｃｎｉｙｉａｒｅｕｔｅｐｒｓｕｅｐａｅｈｅｂｓｃｃｒｃｅｉｔｃｒｎｌｚｄｏｈｅｓｉｔｒｃａａｔｒｓｉ
ｃｒｅ（ｗｃ）Ｔｅｅｆｔｆｒｅｓｙｉｄｓｕｓｄｏａｒｅｎｉａａｉ．ｈｏｂｓｉｎａｅｒｕｖｓｃ．ｈｆｃｏｙｄｎｉｓｉｓｎｗｔｔｔｎｃｐｃｙＴｅｔａｉｅｇｖｌｓａｅｅｄｔｃｅｅｒｅｏｔｗｃｅｕ
２１年５月０１
水运工程
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Ｍａ．２０１ｙ１Ｎｏ５Ｓｒａ．ｅｉｌＮｏ．４５３
第５期
总第４３期５
非饱和膨胀土持水能力试验研究＝ｌ：
Ｌｉ— ｕ，ＡＧＱｎＬＡｏｔｎ，Ｎｈｎ－ｈＩｎｙＹＮｉ，ＵＮＭａ－ｉＷＡＧＣｅｇｚｉＪｇａ（．ｔｅＫｙＬｂｒｔｙｏｏｓｌｎｆｈｒＥｇｅｒｇＤｌｎＵｉｒｔｏｅｈｏｏｙＳｈｏｏｉｌｎｙｒｌ１ＳａｅａｏａｒｆａｔｄＯｆｏｅｎｉｅｎ，ａｉｎｖｓｙｆｃｎｌｇ，ｃｏｌｆｖｄＨｄａｉｔｏＣａａｓｎｉａｅｉＴＣｉａｕｃ
ＳＣＣ．ＤｒｎｓｔａｉｔｅｅｆｃｎｔｅｂｕａｆｅｔｓａｅｗｈｎｔｔｉｕｃｉｎｉｎｅｈｅａｒｅｔＷｙｄｅｉｙｈｓｌｔｌｆｅｔｏｈｏｎｄｒｅｆｃｔｇｅｈｅｍａｒｃｓｔｏｓｕｄｒｔｉ — ｎｒｙｙｖｌｅａｕ．Ｔｈｔｒｒｔｎｉｎｃｐａｉｙｉｎａｃｄｓｇｆｃｎｌｎｔｅｔａｆｒｔｏｔｇｅｗａｅｅｅｔｏａｃｔｓｅｈｎｅｉｎｉａｔｏｈｒｎｓｏｍａｉｎｓａｅｗｈｅｔｉｕｔｏｓｉｙｎｍａｒｃｓｃｉｎｉｏｅｈｉ－ｎｒａｕ．Ｔｈｅｉ－ｎｒａｕｎｅｉｅｔｗａｅｏｔｎｒｌｏｈｉｈａｄｉｃｅｓｓｔｅｄｖｒｔｅａｒｅｔｖｌｅｙａｒｅｔｖｌｅａｄｒｓｄｎｔｒｃｎｅｔａｅａｓｇｎｎｒａｅａｈｒｙｙ

非饱和膨胀土热物理特性的影响研究

非饱和膨胀土热物理特性的影响研究作者：潘瀚潘政宇黄振莫衍超来源：《西部交通科技》2024年第06期摘要：文章通過开展不同干密度和不同含水率条件下的膨胀土压实重塑土样的热物理特性试验，研究含水率和干密度对膨胀土热导率、容积比热容、热扩散率等热物理参数的影响规律，分析非饱和膨胀土中含水率和干密度对土体热传导路径、热传导机理的影响机理。

结果表明：土体热导率在低含水率段随着含水率升高急剧增长，含水率达到临界含水率后趋于稳定；随着干密度的增加热导率线性增加，土体的容积比热容随含水率线性提高；热扩散率随含水率先增加后减小。

关键词：膨胀土；含水率；干密度；热物理特性中图分类号：U416.03A1103530 引言膨胀土是一种常见的地基土壤，对于建筑、道路、桥梁等基础设施的设计和施工具有重要影响。

因此，深入研究膨胀土工程问题对于确保基础设施建设的安全、稳定和可持续发展至关重要［1］。

工程建设中面临土壤热物理特性相关的问题。

热物理特性是指物质在热学方面的性质，包括热导率、容积比热容、热扩散率等参数，这些特性对于各种工程和科学领域都具有重要的意义［2］。

在岩土工程中，利用地热能源进行空调和供暖是一项重要工作，热物理特性的研究可帮助设计者更好地了解地层中的热传导、热储存等特性，为地源热泵系统的设计提供依据［3］。

热物理特性的研究有助于了解地下温度场的分布，这对于一些特殊场合，如地下工程、地下管道敷设等，具有指导作用。

在寒冷地区，土体的冻融变形是一个重要的工程问题，热物理特性的研究有助于理解土体在温度变化下的膨胀和收缩规律，为工程设计提供基础数据［4］。

岩土工程中的地下水、岩石等介质具有一定的热导率和热容量，通过合理设计，这些介质可以作为热能源进行存储和调控，用于供热或制冷系统［5-6］。

研究土体的热物理特性对于上述工程的实际开展至关重要，但是膨胀土具有独特的土体矿物成分和水敏性，相关因素对热物理特性的影响规律和定量关系尚不明确，在膨胀土经历干湿循环过程中，含水率和干密度对土体热导率的影响显得尤为关键。

膨胀土试验研究报告

膨胀土试验研究报告
标题：膨胀土试验研究报告
研究目的：
本试验旨在研究膨胀土的力学性质和膨胀特性，为土木工程中对膨胀土进行设计和处理提供科学依据。

试验方法：
1. 采集膨胀土样品，并进行初步性质分析；
2. 进行膨胀土的试验前制备工作；
3. 进行不同试验参数下的膨胀土试验，包括密度试验、含水率试验、液限试验、塑限试验、单轴压缩试验等；
4. 分析试验数据，并得出膨胀土力学性质和膨胀特性的结论。

实验结果：
通过上述试验，得出以下实验结果：
1. 膨胀土的密度与含水率呈负相关关系，即密度增加时，含水率减小；
2. 膨胀土的液限与塑限呈正相关关系，即液限增加时，塑限也增加；
3. 膨胀土的单轴压缩曲线呈现典型的弹塑性特性，即开始阶段沿弹性线性变形，随着围压增加进入塑性变形，最后趋于稳定；
4. 膨胀土的围压对单轴抗压强度有一定的影响，随着围压增加，抗压强度逐渐增加；
5. 当含水率过高时，膨胀土容易产生塑性变形和膨胀现象；
6. 膨胀土的膨胀系数与含水率、固结度、液限等因素有关，不同条件下的膨胀系数差异较大。

结论：
根据以上实验结果，可以得出以下结论：
1. 膨胀土的力学性质与含水率、密度、液限等因素密切相关，需在设计和处理过程中综合考虑；
2. 在工程实践中，应根据实际情况选择合适的处理方式，防止膨胀土产生塑性变形和膨胀现象；
3. 膨胀土的固结度和含水率应控制在合理范围内，以保证土体的稳定性和工程质量。

4. 膨胀土的膨胀系数是进行膨胀土处理及设计的重要参数，需要根据实际情况进行准确分析和计算。

参考文献：参考文献省略。

冻融循环对非饱和粉质粘土SWCC及强度的影响

地下空间与工程学报Chinese Journal of Underground Space and Engineering 第16卷第6期2020年12月Vol. 16Dec.2020冻融循环对非饱和粉质粘土 swcc 及强度的影响崔宏环秦晓鹏2,王文涛2,邢辰2(1.河北省土木工程诊断、改造与抗灾重点实验室，河北张家口 075000； 2.河北建筑工程学院土木工程学院，河北张家口 075000)摘要：为研究季冻区非饱和粉质黏土在冻融条件下的土-水特征曲线及强度的变化，对季冻区非饱和粉质粘土的SWCC ( 土-水特征曲线)和强度进行了测量，观察了冻融循环次数及冻结负温对非饱和路基粉质黏土土-水特征曲线及强度的影响。

研究表明：非饱和粉质黏土的土-水特征曲线用Gardner 模型进行拟合效果良好；土-水特征曲线受冻融循环次数和冻结负温的影响较大，其强度随冻融循环次数的增加呈先减小后趋于稳定的趋势，冻融一次以后其强度降低最为明显，并且冻结负温为-10七时其粘聚力损伤值最大。

由基质吸力引起的累计粘聚力损伤值随冻融循环次数增加呈线性增加，随冻结负温减小成指数型增加。

关键词:土-水特征曲线；非饱和土；冻融循环；强度中图分类号:TU411文献标识码：A文章编号:1673-0836( 2020)06-1722-07Effect of Freeze-thaw Cycle on SWCC and Strength of Unsaturated Silty ClayCui Honghuan 1'2 , Qin Xiaopeng 2, Wang Wentao 2, Xing Chen 2(1. Hebei Provincial Key Laboratory of Civil Engineering Diagnosis , Reconstruction and Disaster Resistance , Zhangjiakou ,Hebei 075000, P.R. China ; 2. College of Civil Engineering , Hebei University of Architecture , Zhangjiakou , Hebei 075000,P.R. China )Abstract : To investigate the influence of freezing-thawing conditions on the soil-water characteristics andstrength of unsaturated silty clay in the seasonal frozen soil area. The soil-water characteristic curve of unsaturated silty clay for the seasonal frozen area was measured to observe the influence of different freeze-thaw cycles and different negative freezing temperatures on the soil-water characteristic curve and strength of unsaturated silty clay.The results show that the Gardner model can obtain good fitting results by fitting the soil-water characteristic curve of unsaturated silty clay. The unsaturated soil-water characteristic curve is greatly affected by the number of freezing thawing cycles and freezing negative temperature. Along with the increase in the number of freeze-thaw circulation on its strength decreases before stabilizing trend , the intensity of freeze-thaw decreased most obviously after one time ,and freeze the negative temperature was minus 10 when the cohesive force of lower is most obvious. The cumulative cohesive damage caused by niatric suction increases linearly with the number of freeze-thaw cycles and exponentially with the decrease of negative freezing temperature.Keywords : soil-water characteristic curve ; unsaturated soil ; freeze-thaw cycle ; strength*收稿日期：2020-07-06(修改稿)作者简介:崔宏环(1974-),女，河北张家口人，博士.教授，主要从事非饱和土与路基路面工程本构模型研究。

非饱和膨胀土强度特性试验研究

验强度参数的影响以及吸力控制方法在非饱和三轴试验中的适用性，为用双变量抗剪强度公式描述高吸力条件认下多重裂隙膨胀土的强度特性还存在一定的困难。
关键词：饱和，胀土，度试验，非膨强吸力控制，干湿循环中图分类号：文献标识码：Ｂ文章编号：０４３５（０８０ — ０６０１０ — １２２０）６０７ — ５
三轴试验中的适用性问题。
１引言
２膨胀土基本物理性质和备样方法
目前测试膨胀土强度参数主要用非饱和直剪和
三轴试验，］这不可避免会遇到试验过程中吸力平衡时间长的问题，而且膨胀土的裂隙性所致的试样２１土样来源及其基本物理性质．
于土样收缩引起的体积变化由收缩试验曲线加以修
作者简介：建斌，，９４年生，汉人，士，程师，陈男１７武博工主要从事岩土工程方面的研究。
第６期
陈建斌等：饱和膨胀土强度特性试验研究非
（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，汉武４０１）３０５
摘
要：非饱和土的土水特征曲线为控制标准，用预先脱湿的吸力控制备样方法，快了非饱和试验中的吸力以采加
平衡过程。利用非饱和直剪试验，讨了干湿循环对膨胀土强度参数的影响规律。讨论了三轴试样尺寸效应对试探

非饱和土力学03-吸力与SWCC

性，但是由于毛细作用的机理比较清楚，数学处理也比较便利，所以在非饱和土力学的定量研究中常常还是将基质吸力作用等同于毛细效应。
c (ua uw )
通常，基质吸力中的毛细部分可表示为：
1. 吸力的概念
基质吸力的探讨
理想化的基质吸力分布处于地下水位以上的非饱和土体的基质吸力大小与土体的深度呈现一定的关系。假定土壤地表基质吸力为So , 地下水位处基质吸力为0, 基质吸力从地表至地下水位处线性减小。
孔隙水势能——渗透作用
随着溶液溶质浓度的增加，渗透压力也逐渐增加，相应的孔隙溶液的化学势能却降低
当土中有化学溶液输运时，土中孔隙水的化学溶度发生改变，此时渗透吸力对土的性质具有较大的影响。然而就其它情况而言可忽略吸力中的渗透部分。
1. 吸力的概念
孔隙水势能——毛细作用
随着交界面曲率的增大（意味着含水量降低，负孔隙水压力的数值变得更大），化学势能会显著降低
也可以用饱和度表示
2. 土水特征曲线
土水特征曲线
2. 土水特征曲线
土水特征曲线
用于描述吸力与含
水量之间本构关系的函数曲线
低含水量—孔隙水
结合水形式存在— 孔隙水势能较自由水低高含水量—孔隙水以毛细形式存在— 孔隙水势能与自由水间差值相对较小
2. 土水特征曲线
土水特征曲线
2. 土水特征曲线
1956年召开的力学研讨会上，Aitchison的一篇论文从热动力
学角度对土的吸力及其组成下来定义。这些定义已在岩土工程学中被广泛接受。
土中吸力反映土中水的自由能状态
1. 吸力的概念
自由能
什么是自由能？ free energy

膨胀性非饱和土水力和力学性质的弹塑性模拟

，
(3)
非饱和土的力学性质和土水特性的弹塑性模型已出现 [10-11] ，而对膨胀性非饱和土的水力和力学性状耦合的本构模型的研究还很少。因此，把现有的非饱和非膨胀土的水力–力学性状耦合的弹塑性本构模型推广到膨胀性非饱和土，较简单地预测膨胀性非饱和土的水力和力学性状是需要探索的研究课题。本文在已有的非饱和非膨胀土的水力–力学性状耦合的弹塑性本构模型[10]的基应变关系的弹塑性本构模型。该模型以平均骨架应力和吸力为应力状态变量，土骨架应变和饱和度为应变状态变量，引入等孔隙比线(Equivalent Void Ratio Curve，EVRC) 的概念，并考虑了变形对土水特性的影响。利用本模型对詹良通和吴宏伟 [12] 进行的非饱和膨胀土的吸力控制的试验结果进行预测，包括非饱和膨胀土试样在净应力不变情况下的吸湿试验，吸力不变时的等向压缩试验及三轴剪切试验。预测结果表明该模型能够定量的统一描述膨胀性非饱和土的水力和力学特性。
式中，λsr 和 κ s 分别是主要干化、湿化曲线和扫描曲线 0 0 0 所对应的斜率； S rd (e) ， Srw (e) 和 S rs (e) 是吸力 s =1 时主要干燥、湿化曲线和扫描曲线所对应的饱和度，它们是孔隙比 e 的函数。根据常吸力下压缩试验结果，得出饱和度与孔隙比间呈线性关系，可用下面的公式来近似反映： dSr0i (e) = −λse de i = d, w,s ， (4) 式中， λse 是饱和度 Sr 和孔隙比 e 的关系曲线的斜率，其适用范围为吸力大于试样的进气值，λse 的值可能依赖于吸力的变化，为简化起见，假定为一定值。同时，随着孔隙比的减小，土水特征曲线右移，如图 1（b）。
─────── 基金项目：国家自然科学基金项目（10972130）收稿日期：2009–05–20