试论饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别--谭龙
第4章 饱和土与非饱和土的渗流-
图 4.2.1 非饱和介质稳态渗流的渗透系数实验曲线
由于 u f 代表孔隙流体压力，当介质完全饱和时 u f > 0 ；负 u f 值代表介质中的毛细吸 力。众所周知当 u f < 0 时，对于给定的毛细压力 − u f ，存在着确定界限内的饱和度。可以
采用*SORPTION（Material→create→other→pore fluid→sorption）选项定义这种界 限。实验表明，吸湿过程和排水过程的水分特征曲线是不同的，在同样的水头或压力下，排 水时的含水率要大于吸湿时的含水率，这种现象称为滞后现象，典型的曲线形式如下：
造成非饱和流分析较为困难的原因之一。
5
如果令 β ＝0，即得到 Darcy 定律。可以看出，随着流速趋向于零的时候，Forchheimer
定律逼近于 Darcy 定律。对于三维情况，统一写成：
K = ksk
(4-15)
其中 ks (s) 为饱和度相关性系数，ks (1) = 1.0 时的 K 即为饱和渗透系数，对于各向同性 材料而言 K 为标量，但仍需写成二阶张量形式，即 K = KI 。
(4-11)
snv f 项为线性项，可视为是一维情况下 av 项的推广。
snv f (1 + β v f ⋅ v f ) 为二次项，可视为是一维情况下 bv2 项的推广。
H 为测压水头
H
=
P γ
+
z
=
uf gρ f
+z
∂H = ∂x
1 gρ f
( ∂u f ∂x
− ρ f g)
(4-12)
β 为速度系数。
流实验中得出的水力梯度与渗流速度之间的线性关系，即 Darcy 定律：
非饱和土固结试验
石家庄铁道大学研究生课程论文培养单位土木工程学院学科专业建筑与土木工程课程名称非饱和土力学任课教师考试日期 2015.1.15学生姓名学号研究生学院非饱和土固结实验报告一、非饱和土固结试验工程意义土体的压缩变形特性决定了地基沉降量的大小和固结时间的长短, 尤其是非饱和土体的压缩变形特性是目前工程界关注的焦点。
在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土中水被排出，超孔隙水压力逐渐消散，土体中有效应力逐渐增大，直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。
饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。
非饱和土的孔隙中同时含有气体和水，固结过程中，土中水和气会发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著。
这些使非饱和土的固结过程非常复杂。
由于土体内部结构复杂, 使得非饱和土体在固结变形特性上与饱和土体存在巨大差异, 同时也导致非饱和土地基在设计和施工中存在大量不确定因素。
因此掌握非饱和土体的固结变形机理, 并且有针对性的对地基沉降加以控制是目前极待解决的问题。
二、实验方案通过一维固结试验，利用实验数据整理出在分级施加垂直压力p下试件的竖向变形s与时间t的s-t曲线、试件排水v与时间t的v-t曲线以及e-p曲线，研究非饱和重塑粉质粘土在饱和度Sr=0.569下的压缩变形特性。
1.土样本实验使用重塑非饱和粉质粘土，土的压实度DC=0.9 、含水率w=12%、土粒比重Gs=2.72、最大干密度pdmax=1.92g/com，实验中的试件尺寸为Ф61.8mm×H20mm，总质量m=116.04g，其中固体颗粒质量ms=103.6g2. 实验设备本实验采用的非饱和土固结仪（如图1-1所示）由中国人民解放军后勤工程学院、电力部电力自动化院大坝所、江苏省溧阳市永昌工程实验仪器有限公司联合研制生产。
其主要结构有:2.1 压缩部件：由压缩容器、压力室座、导环、陶土板、透水板、加压帽表杆支座等组成，承放土样用。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程领域，土质边坡的稳定性分析是一个重要的研究课题。
特别是在非饱和至饱和状态变化条件下，土的物理力学性质会发生显著改变，从而对边坡的稳定性产生重要影响。
本文旨在分析非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响，以期为相关工程提供理论依据和实践指导。
二、土质边坡稳定性分析的理论基础土质边坡的稳定性分析主要涉及土的力学性质、边坡的几何形态、外部环境因素等多个方面。
其中，土的含水率是影响边坡稳定性的关键因素之一。
在非饱和状态下，土的强度和稳定性主要受控于土的吸力和摩擦力；而在饱和状态下，土的强度和稳定性则主要受控于土的抗剪强度和土体的重量。
三、非饱和状态对土质边坡稳定性的影响在非饱和状态下，土的吸力（包括基质吸力和渗透吸力）对边坡稳定性起着重要作用。
基质吸力能够增强土体的抗剪强度，提高边坡的稳定性。
而渗透吸力则能有效地降低孔隙水压力，进一步增强边坡的稳定性。
此外，非饱和土的抗剪强度随含水率的变化而变化，当含水率达到一定阈值时，边坡的稳定性会受到较大影响。
四、饱和状态对土质边坡稳定性的影响与非饱和状态相比，在饱和状态下，土体的强度和稳定性受到更大的挑战。
首先，土体在达到饱和状态后，其抗剪强度明显降低，边坡更容易发生失稳。
其次，饱和状态下的土体重量增加，加剧了边坡下滑的趋势。
此外，降雨等外部因素可能导致地下水位上升，进一步加剧了边坡的不稳定性。
五、非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响在非饱和至饱和状态变化过程中，土体的物理力学性质发生显著改变。
首先，随着含水率的增加，基质吸力逐渐减小直至消失，导致土体的抗剪强度降低。
其次，在达到饱和状态后，渗透力的作用逐渐增强，可能引发渗流破坏。
此外，由于地下水位的变化和降雨等因素的影响，可能导致边坡的渗流场发生变化，进一步影响边坡的稳定性。
六、分析方法与实例研究针对非饱和至饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性分析，可采用多种方法。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》范文
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言土质边坡的稳定性研究是岩土工程领域的重要课题之一。
边坡的稳定性不仅受地质构造、地形地貌、岩土性质等自然因素的影响，同时也受到气候条件、水文环境等外部条件的影响。
尤其在非饱和至饱和状态变化的情况下，土质边坡的稳定性更是受到极大的挑战。
本文将重点分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性的影响因素及其变化规律。
二、非饱和状态下的土质边坡稳定性在非饱和状态下，土质边坡的稳定性主要受土的力学性质、含水率、土壤结构等因素的影响。
土的力学性质包括内摩擦角和粘聚力，它们决定了土的抗剪强度和承载能力。
此外，随着含水率的增加，土壤的结构和力学性质会发生变化，进而影响边坡的稳定性。
三、饱和状态下的土质边坡稳定性当土质边坡进入饱和状态时，水的存在对边坡稳定性的影响变得尤为显著。
水的存在会降低土的力学性质，增加孔隙水压力，从而降低土的抗剪强度。
此外，由于水的渗透作用，可能导致边坡内部产生渗流力，进一步影响边坡的稳定性。
四、非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和至饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响主要体现在以下几个方面：一是土的含水率的变化会导致土的力学性质发生变化；二是由于水的渗透作用，可能产生渗流力，影响边坡的稳定性；三是当土进入饱和状态时，其抗剪强度和承载能力会有所降低。
这些因素的综合作用使得土质边坡在非饱和—饱和状态变化过程中稳定性受到较大影响。
五、分析方法与模型为了分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，可以采用有限元法、有限差分法、离散元法等方法建立数值模型。
同时，结合室内外试验，如直剪试验、三轴试验等，对土的力学性质、渗流特性等进行研究。
此外，还可以采用极限平衡法、概率分析法等方法对边坡的稳定性进行定量评价。
六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过建立数值模型和进行室内外试验，分析该地区土质边坡在非饱和—饱和状态变化过程中的稳定性。
非饱和土土力学新PPT课件
1. 弗雷德隆德（Fredlund,D.G）、拉哈尔佐（Rahardjo,H.)著, 陈仲颐、张在明等合译，《非饱和土土力学》，中国建筑工业 出版社，1997.8
2. 卢宁（Ning Lu)、William J.Likos著，韦昌富、侯龙、简文星 译，《非饱和土力学》，高等教育出版社，2012.6
第30页/共54页
非饱和土土力学理论
4、非饱和土的应力应变关系及本构模型
（3）弹塑性模型（Sheng Daichao）
非饱和土应力应变关系
前期固结压力 残余吸力
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非饱和土土力学理论
4、非饱和土的应力应变关系及本构模型
（3）弹塑性模型（Sheng Daichao）
屈服面方程
接近饱和时吸力 饱和时屈服压力 参考压力
f
(
uw) tan' C0 tan'
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非饱和土土力学理论
3、非饱和土的强度理论
（4） 直接用含水量表示的抗剪强度公式
缪林昌结合Bishop公式和Fredlund公式，直接用含水量或饱和度来表示非饱和土的强度：
f cw tanw
lg c a1 b1w
lg a2 b2w
f c tan A110B1w tan(A210B2w)
Se
Se
A11
B1
0
Gs
B2
t an(A210
Gs
)
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非饱和土土力学理论
3、非饱和土的强度理论
（5）陈正汉等认为，土的强度随温度和吸力的升高而增大，重塑黄土的凝聚力随 吸力增加而提高，内摩擦角则基本不变，据此建立了土的广义抗剪强度公式：
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析一、引言在地质工程中，土质边坡的稳定性是一个重要的研究领域。
尤其是在非饱和到饱和状态变化的过程中，土的物理力学性质会发生显著改变，进而影响边坡的稳定性。
本文将深入分析这一变化过程中土质边坡的稳定性问题，为地质工程提供理论依据和实践指导。
二、非饱和状态下的土质边坡稳定性在非饱和状态下，土的强度和稳定性主要取决于土的抗剪强度。
非饱和土的抗剪强度受多种因素影响，如土的粒度分布、结构特性、含水率以及外部荷载等。
在非饱和状态下，土的抗剪强度随着含水率的增加而逐渐降低，但当含水率达到一定阈值时，土的强度会突然降低，导致边坡失稳。
三、饱和状态下的土质边坡稳定性当土体进入饱和状态时，土的物理力学性质将发生显著变化。
在饱和状态下，土的抗剪强度主要由孔隙水压力决定，而孔隙水压力的大小与土的渗透性、外部荷载以及边界条件等因素有关。
在饱和状态下，边坡的稳定性受多种因素影响，如土的渗透性、饱和度、以及地下水位等。
四、非饱和到饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和到饱和状态的变化过程中，土的物理力学性质将发生连续变化。
这种变化将直接影响边坡的稳定性。
一方面，随着含水率的增加，土的抗剪强度逐渐降低；另一方面，饱和状态下土的渗透性增强，可能导致边坡内部产生较大的孔隙水压力，从而降低边坡的稳定性。
此外，地下水位的变化也会对边坡的稳定性产生影响。
五、分析方法与模型为了分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，需要采用合适的分析方法和模型。
目前常用的方法包括极限平衡法、有限元法、离散元法等。
这些方法可以有效地模拟土质边坡在非饱和和饱和状态下的应力-应变关系以及变形过程。
同时，还需要考虑土的渗透性、含水率、地下水位等因素对边坡稳定性的影响。
六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过现场试验和数值模拟等方法，分析该边坡在非饱和和饱和状态下的稳定性。
饱和土与非饱和土固结理论及有效应力原理浅谈
cv
三维：
cv3
=
1+ 2k0 3
cv
式中： Cv2,Cv3 ：二维及三维固结系数，可按下式求得：
Cv 2
=
1+ k0 2
Cv，Cv3
=
1+ 2k0 2
Cv；
其中： k0 ：土的静止侧压力系数； Cv ：一维固结系数。 此后 Biot 又分析到太沙基固结理论假定饱和土体在固
结过程中，各点的总应力不变，并且只有一组超静水应力 u
大学学报，2002 年第四期
论，因此建立成熟的非饱和土固结理论还需要时间。 二、有效应力原理及饱和土的渗透固结理论
在饱和土中，根据有效应力原理，饱和土体内任一平面
上受到的总应力等于有效应力加孔隙水压力，有效应力就是
饱和土唯一控制其变形和强度变化的应力状态量。其表达式
为 σ ' = σ − uw 这就是的饱和土有效应力理论。饱和土中，有效 应力概念抓住了饱和土粒间作用力的本质及变形破坏的内在
的方程也与 Terzaghi 得到的方程式相似，只是其固结系数
Cv 经过修正，考虑了孔隙流体的压缩性。Scott 将孔隙比的
变化及饱和度的变化引入含有气泡的非饱和土的固结方程
中。同时考虑变形、孔隙水压力和孔隙气压力耦合作用的固
结模型首先是由 Barden 提出，他利用水、气连续方程、
Darcy 定律、吸力状态函数、Bishop 有效应力公式及孔隙
+
Cvw
∂2uw ∂z 2
;
∂ua ∂t
= −Ca
∂ua ∂t
+ Cva
∂2ua ∂z 2
;
式中 Cw 、 Ca 分别为液相方程和气相方程的相互作用常 量；Cvw 、Cva 分别为液相和气相的固结系数。Fredlund 的固 结理论可以看作是 Terzaghi 固结理论的的推广，概念明确， 形式简单，但也具有与 Terzaghi 固结理论类似的缺点，即 假定总应力在固结过程中不变，本构方程中参数的测定也很 困难。为了导出孔隙压力消散方程，采用了过多的与实际情 况不大相符的简化假设。
第五章第四节饱和土土体渗透固结理论
Ut
Tv
Cv H2
t
例：某饱和粘土层厚10m，在大面积荷载P0=120kPa作用下， 已知e=1，a=0.3MPa-1，k=1.8cm/year，双面排水条件下求 （1）加荷一年时的沉降量；（2）沉降量达140mm所需的 时间。
解（：1）求t 1年时的沉降量
粘土层中的附加应力沿 深度是均布的， z p0 120kPa
解（：2）求沉降量达140mm所需时间
粘土层的最终固结沉降 量s 180 mm
固结度 U t
st s
140 180
0.78
查曲线（1）得Tv 0.53
t
Tv H 2 Cv
0.53 500 2 1.2 105
1.1年
（六）固结系数 的确定 (Coefficient of consolidation )
孔隙体积的变化＝流出的水量
由于：
可得
渗流固结过程 的基本关系式
根据达西定律： 最后可得：
固结系数
Cv 反映了土的固结性质：孔压消散的快慢－固结速度； Cv 与渗透系数k成正比，与压缩系数a成反比； （cm2/s；m2/year）
求解方程：
u t
Cv
2u z2
（1）求解思路：
• 线性齐次抛物线型微分方程式，一般可用分离变量方法求解。 • 给出定解条件，求解渗流固结方程，就可以解出uz,t。
一、侧限压缩试验及其表示方法
一、e -σ′曲线 二、e - lgσ′曲线 三、原位压缩曲线及再压缩曲线
一维压缩性及其指标
地基的最终沉降量计算
一、一维渗流固结理论 二、固结度的计算 三、固结沉降随时间的变化关系 四、与固结有关的施工方法
固结理论
sin( mz
2H
)[1
exp(
2m2 4
Tv
)]
t0 < t
u(z,t)
16 p0
3Tv0
m1,3,5
1 m3
sin(mz )[1
2H
exp(
2m2 4
Tv )]exp[
2m2 4
(Tv
Tv0 )]
式中：TV——表示时间因素, Tv
cv H2
t
Tv 0
cv H2
t0
5. 地基平均固结度
Ut
w
t t E E t
4.3.2 Terzaghi-Rendulic 固结理论
Terzaghi-Rendulic固结理论又称准三维固结理，(Rendulic,1936)
连续性方程
k 2u v 1 2v 1 2v 3u
w
t t E E t
0 t
k 2u v
w
t
1 2v 31 2v u
土的压缩定律
有效应力原理
达西定律
s′
u
3. 固结方程
dt时段内： 孔隙体积的压缩量＝流出的水量
z1
1
dz
固体体积：
V1
1 1 e1
dz
const
孔隙体积：
1
V2
eV1
e( 1
e1
dz)
dt时间内流出水的体积：
V2 t
dt
q
q
q z
dz
dt
q z
dzdt
达西定律: q Aki ki k hu k u z w z
4.1 孔压系数与初始孔压
△s3
△s3
土体 单元
土力学-第4章 土体的渗透性及饱和土的渗流固结理论
2
渗透系数的影响因素
§4.1 土体的渗透性
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
是单位土体中孔隙体积的直接 度量
对于砂性土，常建立孔隙比e 与渗透系数k之间的关系，如：
• 结构
水的性质
k f ( e2 ) e2 k f( ) 1 e e3 k f( ) 1 e
t=t1
h1
量测变量: h，t 适用土类：透水性较小 的黏性土
Q A
h2
t=t2
土样
L
水头 测管
开关
a
室内试验方法-变水头试验法
§4.1 土体的渗透性
在tt+dt时段内：
• 入流量： dQr= - adh • 出流量： dQc=kiAdt=k (h/L)Adt
• 连续性条件： dQr =dQc h1 h dh
室内试验方法-变水头试验法
§4.1 土体的渗透性
常水头试验
变水头试验
Δh变化
a ， A， L Δh，t
k aL h ln 1 At h2
条件
已知 测定 公式 取值 适用
Δh=const
Δh，A，L V， t
VL k Aht
重复试验后，取均值 粗粒土
不同时段试验，取均值
黏性土
室内试验方法–小结
渗透系数的影响因素
§4.1 土体的渗透性
土的性质 • 粒径大小及级配 • 孔隙比 • 矿物成分
对黏性土，影响颗粒的表面力 不同黏土矿物之间渗透系数相差 极大，其渗透性大小的次序为高
• 结构
水的性质
岭石>伊利石>蒙脱石 ；当黏土 中含有可交换的钠离子越多时， 其渗透性将越低 塑性指数Ip综合反映土的颗粒大 小和矿物成份，常是渗透系数的 参数
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析一、引言随着全球气候变化及自然环境的日益复杂化，土质边坡稳定性问题已经成为土木工程、地质工程及环境工程等领域关注的热点。
边坡的稳定性与诸多因素有关，如地质构造、土体物理性质、地下水活动、气候条件等。
特别是当土体处于非饱和到饱和状态变化时，其力学性质和边坡稳定性将发生显著变化。
本文旨在分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，为实际工程提供理论依据和指导。
二、非饱和土质边坡的稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要取决于土体的抗剪强度和外部荷载的平衡。
非饱和状态下，土体的抗剪强度主要由土颗粒间的摩擦力和粘聚力组成。
此外，土体中的气体和水分也会对边坡稳定性产生影响。
1. 土颗粒间摩擦力：随着水分的增加，土颗粒间的摩擦力会降低，这可能导致边坡的稳定性下降。
2. 粘聚力：非饱和土的粘聚力主要来源于土颗粒间的吸附力，这种吸附力会随着含水量的增加而降低。
3. 气体和水分的影响：土体中的气体对边坡稳定性有重要作用，如气体压力的变化可能影响土体的渗透性，从而影响边坡的稳定性。
三、饱和状态下的土质边坡稳定性分析当土体达到饱和状态时，其力学性质将发生显著变化。
在饱和状态下，土体的抗剪强度主要由孔隙水压力和有效应力组成。
1. 孔隙水压力：在饱和状态下，孔隙水压力对边坡稳定性有重要影响。
当孔隙水压力增大时，土体的抗剪强度会降低，从而降低边坡的稳定性。
2. 有效应力：在饱和状态下，有效应力是影响土体抗剪强度的主要因素。
有效应力的大小取决于外部荷载和孔隙水压力的共同作用。
四、非饱和到饱和状态变化对边坡稳定性的影响在非饱和到饱和状态变化的过程中，土体的力学性质和物理性质都将发生变化。
这可能导致边坡的稳定系数发生变化，进而影响边坡的稳定性。
具体表现在以下几个方面：1. 渗透性的变化：非饱和土在接近饱和的过程中，其渗透性将降低，导致降雨或地下水位上升等外界因素更容易引起地下水位的迅速变化。
饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别
论饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别黄振育（桂林理工大学，土木与建筑工程学院，岩土工程专业，102011187）摘要：简述饱和土与非饱和土的固结理论的研究概况，总结饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别，探讨非饱和土固结理论所存在的一些特点和困难。
关键词：饱和土；非饱和土；固结理论Abstract ：This paper describes the overseas and domestic researches on the consolidation theory of saturated soil and unsaturated soil between which the correlation and difference of consolidation are summarized,further exploring and discussing the properties and difficulties in the consolidation theory of unsaturated soil.Key words ：Saturated soil；Unsaturated soil；Consolidation theory1引言在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土中水被排出，超孔隙水压力逐渐消散，土体中有效应力逐渐增大，直至超孔隙水压力完全消散的过程称为固结。
土体在固结过程中，随土中水的排出，土体空隙比减少，土体产生压缩，体积变小；随着有效应力逐步增大，土体的抗剪强度提高。
将饱和土的固结视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。
非饱和土的孔隙中同时含有水气两相，固结过程中，土中水和气会发生相互作用，涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响非常显著。
这些使非饱和土的固结过程非常复杂。
因此，迄今为止，还没有公认的成熟且实用于工程建设的非饱和土固结理论。
浅析饱和土与非饱和土固结理论
浅析饱和土与非饱和土固结理论【摘要】本文介绍了饱和土和非饱和土固结理论相关概念，阐述了饱和土与非饱和土固结理论的联系与区别，指明今后固结理论研究中应继续注重二者的联系与区别，以促进固结理论研究的成熟和发展。
【关键词】固结理论；饱和土；非饱和土引言土体压缩取决于有效应力的变化。
根据有效应力变化的原理，在外荷载不变的条件下，随着途中超静水孔压的消散，有效应力将增加，土体将被不断压缩，直至达到稳定，这一过程称为固结。
简而言之，固结即各方向承受压力的土，随着孔隙水的排出产生的压缩现象。
饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。
非饱和土的孔隙中同时含有气体和水，固结过程中，土中水和气会发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著[1]。
这些使非饱和土的固结过程非常复杂。
目前，非饱和土固结理论的研究还处于一个不成熟的状态。
1 饱和土的固结理论透水性大的饱和无粘性土（包括巨粒土和粗粒土，或指碎石类土和砂类土），其压缩过程在短时间内就可以结束，固结稳定所经历的时间很短，认为在外荷施加完毕时，其固结变形已基本完成，因此，实践中，一般不考虑无粘性土的固结问题；对于粘性土、粉性土及有机土，均为细粒土，完成固结所需的时间较长，对于深厚软粘土层，其固结变形需要几年甚至几十年时间才能完成。
粘性土的固结（压密）问题，实质上是研究土中有效应力增长全过程的理论问题。
K·太沙基（Terzaghi）早在1925 年提出的饱和土中的有效应力原理和单向（一维）固结理论，这是粘性土固结的基本理论。
有效应力原理就是研究饱和土中的有效应力和孔隙应力的不同比值及与总应力的关系。
在工程实际问题中遇到的有许多是二维、三维固结问题，如路堤、水坝荷载是长条形分布，地基中既有竖向也有水平向的变形及孔隙水渗流，属于二维固结平面应变问题；在厚土层上作用局部荷载时，属于三维固结问题；在软粘土层中设置排水砂井时，除竖向渗流外，还有水平径向渗流，属于三维固结轴对称问题。
土的压缩性与地基沉降计算(2)
基本情况： 1 pa
应力分布：
pb
1
2
3 0
4
5
透水边界
1
不透水边界
01
实践背景： H小，p大 自重应力 附加应力 自重应力 压缩土层底面的附加
附加应力
应力还不接近零
1.适用于地基土在其自重作用下已固结完成，基底面积很大而压缩土层 又较薄的情况
2.适用于土层在其自重作用下未固结，土的自重应力等于附加应力
u
p0
1
m1
2 M
sin( Mz)eM 2Tv H
(5-23)
太沙基一维固结解
（3）平均超静孔压和平均有效应力
对式（5-22）积分，可得地基任一时刻的平均超静孔压，即：
u
1 Hs
Hs
udz
0
p0
m1
2 M2
eM 2Tv
(5-24)
同理可得地基任一时刻的平均有效应 力z
z
1 Hs
Hs
zdz
p
235kPa
H
粘土层
不透水层 157kPa
【解答】
1.当t=1年的沉降
量地基最终沉降量
固结系数
S
a 1 e1
zH
273 mm
时间因素
cv
k (1 e1)
a w
14.4m2
/年
Tv
cv H2
t
0.144
235 1.5
157
Ut=0.45
加荷一年的沉降量 St U z S 123 mm
e1= 土体的初始（t = 0 时）孔隙比。
固结方程
显然，根据假定（1）和（3），dt 时间内土微元的水量变化应等于该 微元体积的变化，即dQ = dV，故可得：
饱和土的固结机理
饱和土的固结机理
固结机理是指在潮湿土壤中固结作用的物理机理，一般是由于压力和水力的影响，使部分孔隙中的水蒸发而形成的固结。
饱和土的固结机理受到多种因素的影响，主要有压力和水力、气压力和重力等有关因素影响。
首先，压力和水力是固结机理中最重要的因素，它们是由渗水造成的，当渗水受到墙壁、墙壁和地表之间的空间限制，水空间变得狭小，从而导致形成一个叫做“围压”的过程，同时随着水土压力的增加，饱和土壤的固结作用也会加强。
其次，气压力的变化也会影响饱和土的固结机理。
空气压力降低时，空气基本渗透到土壤区域，使得土壤组合物更饱和，结果土壤固结加剧。
而土壤的抗压强度也会随着大气压力的变化而变化。
最后，重力作用是饱和土的固结机理下不可忽视的力量，它会影响到土壤固结过程，同时也会影响到固结深度，以及土壤的外表面形貌。
如果土壤组合物存在比较大的重力，一定会影响到形成的固结深度。
总的来说，呈超饱和状态的土的固结机理受到压力和水力、气压力和重力等几种有关因素的影响，如果这些因素失去平衡，就会造成土结困难，从而影响到土壤长期稳定性。
饱和土和非饱和土固结特性对比
饱和土和非饱和土固结特性对比
大家好，我组成员为王美、刘强强、刘柏江、周轩漾、卜思敏，我们小组的课题名称为饱和土和非饱和土固结特性对比。
首先我们必须先了解固结的基本定义：在荷载的作用下，土体中产生超静孔隙水压力，导致土中孔隙水逐渐排出，随着时间的发展，超静孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超静孔隙水压力完全消散，孔隙压力的消散过程称为固结。
太沙基（Terzaghi）提出的一维固结理论和有效应力原理标志着土力学学科的诞生。
他在一系列假定的基础上，建立了著名的一维固结理论。
非饱和土在土骨架形成的孔隙中同时含有气体和水，气体在压缩时会有部分溶解于水中，非饱和土的压缩性和渗透性比饱和土复杂得多。
固结是孔隙水压力转换为有效应力的过程
由于饱和土和非饱和土在物理性质上的差异，其固结特性有着很大不同
土的单项固结模型：弹簧模拟土的固体颗粒骨架
桶里的水模拟孔隙中的水
水从活塞内的小孔排出模拟水在土中的渗流
(1)整个渗流固结过程中u和σ´都是在随时间t而不断变化．渗流固结过程的实质就是土中两种不同应力形态的转化过程。
(2)超静孔隙水压力，是由外荷载引起，超出静水位以上的那部分孔隙水压力。
它在固结过程中随时间不断变化，固结完成应等于零，饱和水土层中任意时刻的总孔隙水压力应是静孔隙水压力与超静孔隙水压力之和。
(3)侧限条件下t＝0时，饱和土体的初始超静孔隙水压力u0数值上就等于施加的外荷载强度σ(总应力).。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程领域，土质边坡的稳定性是一个重要的研究课题。
尤其当土质边坡处于非饱和到饱和状态变化的过程中，其稳定性将受到显著影响。
本文旨在分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，为实际工程提供理论依据和指导。
二、非饱和土质边坡稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要受到土壤含水率、土壤类型、土质结构以及环境气候等因素的影响。
在这些因素中，含水率的变化是影响边坡稳定性的关键因素。
当土质边坡处于非饱和状态时，其强度主要由土壤颗粒间的摩擦力和粘聚力决定。
此时，边坡的稳定性较高，但当含水率增加时，土体的抗剪强度会逐渐降低，导致边坡的稳定性降低。
三、饱和土质边坡稳定性分析当土质边坡达到饱和状态时，土体的抗剪强度将大幅度降低。
由于水分占据了土壤颗粒间的空隙，使得颗粒间的摩擦力降低。
此外，饱和状态下的土体会出现较大的体积膨胀和流变现象，导致边坡的稳定性进一步降低。
在饱和状态下，土体容易发生滑移、塌方等破坏形式。
四、非饱和到饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响在非饱和到饱和状态变化的过程中，土质边坡的稳定性将受到多重因素的影响。
首先，含水率的增加会导致土体抗剪强度的降低。
其次，由于水分进入土壤颗粒间的空隙，使得颗粒间的粘聚力减弱。
此外，随着含水率的增加，土体的体积膨胀和流变现象也会加剧。
这些因素共同作用，使得土质边坡的稳定性在非饱和到饱和状态变化的过程中逐渐降低。
五、分析方法与模型为了准确分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，需要采用合适的分析方法和模型。
常用的方法包括极限平衡法、有限元法、离散元法等。
这些方法可以通过模拟土质边坡在非饱和到饱和状态变化过程中的应力、应变、位移等参数，来评估边坡的稳定性。
同时，还需要考虑土壤类型、土质结构、环境气候等因素对边坡稳定性的影响。
六、实例分析以某地区土质边坡为例，通过实地勘察和实验室试验获取土壤的物理力学参数。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言土质边坡的稳定性研究是工程地质学、岩土工程学等学科的重要研究领域。
边坡的稳定性受多种因素影响，其中，非饱和—饱和状态变化是影响边坡稳定性的重要因素之一。
本文旨在分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，以期为相关工程提供理论依据和实践指导。
二、非饱和土质边坡稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要受土壤含水率、土的强度和土壤结构等因素的影响。
首先，含水率的变化直接影响土壤的强度和剪切特性，从而影响边坡的稳定性。
在非饱和状态下，土的强度随含水率的增加而降低，当含水率达到一定阈值时，边坡的稳定性将显著降低。
其次，土的强度也是影响非饱和土质边坡稳定性的重要因素。
在非饱和状态下，土的强度主要由粘聚力和内摩擦角决定。
当这些因素发生变化时，边坡的稳定性也会相应地受到影响。
此外，土壤结构对非饱和土质边坡稳定性也有显著影响。
良好的土壤结构有助于提高边坡的稳定性，而结构不良或疏松的土壤则容易发生失稳现象。
三、饱和土质边坡稳定性分析当土质边坡由非饱和状态转变为饱和状态时，其稳定性将发生显著变化。
在饱和状态下，土壤的渗透性降低，孔隙水压力增大，导致土壤抗剪强度降低。
此外，由于水的润滑作用，土壤的摩擦角也会减小，从而降低边坡的稳定性。
在饱和状态下，边坡的稳定性还受降雨、地下水位变化等因素的影响。
长时间的降雨或地下水位上升会导致边坡内部的孔隙水压力升高，从而进一步降低边坡的稳定性。
在极端情况下，可能导致边坡失稳、滑坡等地质灾害的发生。
四、非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响主要体现在以下几个方面：一是含水率的变化；二是土的强度和剪切特性的变化；三是孔隙水压力的变化。
这些因素的综合作用将导致边坡稳定性的显著降低。
特别是当土质边坡处于高含水率、低强度、高孔隙水压力的状态时，其失稳的风险将大大增加。
五、结论与建议通过对非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性的分析，我们可以得出以下结论：1. 非饱和状态下，土质边坡的稳定性受含水率、土的强度和土壤结构等因素的影响；2. 饱和状态下，土壤的渗透性降低、孔隙水压力增大和摩擦角的减小等因素将导致边坡稳定性的显著降低；3. 非饱和—饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响不容忽视，需要采取有效的措施来预防和应对由状态变化引起的边坡失稳现象。
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》
《非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡稳定性分析》篇一一、引言在地质工程中，土质边坡的稳定性分析是重要的研究领域。
非饱和至饱和状态的变化对土质边坡的稳定性具有显著影响。
本文旨在分析非饱和-饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，通过理论分析、实验研究和数值模拟等方法，深入探讨这一过程对边坡稳定性的影响机制，为工程实践提供理论支持。
二、非饱和土质边坡稳定性分析非饱和土质边坡的稳定性主要受土的物理性质、水分分布、土体结构等因素影响。
在非饱和状态下，土的强度较高，边坡的稳定性相对较好。
分析这一状态的边坡稳定性时，需要关注土的抗剪强度、渗透性等基本特性。
同时，还要考虑水分蒸发、降雨等因素对土质边坡稳定性的影响。
三、饱和状态对土质边坡稳定性的影响随着水分进入土体，土质边坡逐渐进入饱和状态。
在饱和状态下，土的抗剪强度降低，渗透性增强，这对边坡的稳定性产生不利影响。
此外，水分在土体中的重新分布也可能导致土的工程性质发生变化，进一步影响边坡的稳定性。
因此，分析饱和状态对土质边坡稳定性的影响时，需要关注土的抗剪强度、渗透性、水分分布等因素的变化。
四、非饱和至饱和状态变化过程中的土质边坡稳定性分析在非饱和至饱和状态变化的过程中，土质边坡的稳定性受到多种因素的影响。
一方面，水分进入土体导致土的抗剪强度降低；另一方面，水分在土体中的重新分布可能改变土的工程性质。
此外，土体的结构变化、水分蒸发和降雨等因素也可能对边坡的稳定性产生影响。
因此，在这一过程中，需要综合考虑多种因素对边坡稳定性的影响。
五、实验研究与数值模拟为了深入分析非饱和—饱和状态变化条件下土质边坡的稳定性，本文开展了实验研究和数值模拟。
实验研究主要通过室内模拟和现场试验等方法，研究不同条件下的土质边坡稳定性变化规律。
数值模拟则通过建立数学模型，模拟非饱和至饱和状态变化过程中土质边坡的稳定性和变形行为。
这些研究方法有助于深入理解非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响机制。
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高等土力学论文高等土力学（论文）题目：试论饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别专业岩土工程学生姓名谭龙学号102011196指导教师学院土木与建筑工程学院2011年01月06日试论饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别谭龙（桂林理工大学土木与建筑工程学院岩土工程102011196）摘要阐述国内外饱和土与非饱和土的固结理论的研究概况和主要理论成果，总结饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别，进而探讨非饱和土固结理论所存在的一些特点和困难。
关键词饱和土非饱和土固结理论一、引言在荷载作用下，土体一般是逐渐被压缩，压缩过程中，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土中水被排出，超孔隙水压力逐渐消散，土体中有效应力逐渐增大，直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。
饱和土的固结可视为孔隙水压力的消散和土骨架有效应力相应增长的过程。
非饱和土的空隙中同时含有气体和水，固结过程中，土中的水和气发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，而且非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著。
这些使非饱和土的固结过程非常复杂。
因此，迄今为止，还没有公认为成熟且实用的非饱和土固结理论。
二、饱和土的固结理论研究在固结过程中，随着孔隙水的排出，土体产生压缩，使土体的强度提高。
通常认为，太沙基(Terzaghi)提出的一维固结理论和有效应力原理标志着土力学学科的诞生。
他在一系列假定的基础上，建立了著名的一维固结理论。
Rendulic把Terzaghi的一维固结理论推广到二维或三维的情况，但存在一定的缺陷。
1925年，Terzaghi建立了饱和土单向固结微分方程，并获得了一定起始条件与边界条件时的数学解，迄今仍被广泛应用。
为了便于分析和求解，太沙基作了一系列的简化假设：（1）土体是均质的，完全饱和的；（2）土粒与水均为不可以压缩介质；（3）外荷中一次瞬时加到土体上，在固结过程中保持不变；（4）土体的应力与应变之间存在线性关系，压缩系数为常数；（5）在外力作用下，土体中只引起上下方向的渗流与压缩；（6）土中渗流服从达西定律，渗透系数保持不变；（7）土体变形完全是由空隙水排出和超静水压力消散所引起的。
太沙基固结理论实际上假设了固结过程中土的排水距离不变，因为一般情况下土层应变很小，可以忽略不计。
但是，在高压缩性地基上的建筑物，会产生相对大的变形，沉降量甚至达到压缩土层厚的百分之十几，如仍按太沙基理论计算，固结时间比实际的明显增长。
Biot考虑了土体固结过程中孔隙水压力消散和土骨架变形之间的耦合作用，从严格的固结机理山发，根据连续体力学的基本力程，建立了Biot固结方程，提出了Biot固结理论，一般称为真三维固结理论。
Biot 固结理论较Terzaghi固结理论更为合理完整，但计算较为困难，通常需要采用数值解法。
以上两式为Biot固结理论方程式。
如果假设固结过程中总应力值保持常数，则第二个式子就是扩散方程。
故Terzaghi-Rendulic固结理论可视为Biot固结理论的一种特殊情况。
以上这些饱和土固结理论假定土中水的渗流服从Darcy定律，土体变形为小变形，且是弹性变形。
由于土体的复杂性，人们又发展了考虑土体大变形、考虑非Darcy渗流以及非饱和土的各种固结理论。
三、非饱和土的固结理论研究非饱和土的固结是上程中常见的问题，其理论研究内容包括孔隙水压力和孔隙气压力随土体变形而变化，以及随时间增长而消散的规律。
由于在建立同时适用于不同土类固结的普遍力程上的复杂性，很多研究者只是针对某种特定的土类来寻求非饱和土固结问题的解答。
由于影响因素的复杂性，研究中总是做出某些简化的假定，并分为一维、二维和三维问题。
1936年在关国哈佛召开的第一届国际土力学及基础工程会议上出现了一些与非饱和土有关的论文，这标志着非饱和土从此进入了学者们的研究领域，但是，由于问题的复杂性，非饱和土的研究进展相对缓慢。
Fredlund于1979年提出了非饱和土的一维固结理论。
Dakshanamnrthv 等人将非饱和土的固结理论延伸到三维的情况。
在三维公式的推导中，将连续力程和平衡力程联立起来求解。
非饱和土的工程特性包括渗气性、渗水性、强度特性、变形特性、屈服特性、水量变化特性和结构性，它们是建立非饱和土理论的前提和基础。
非饱和土的孔隙中不仅有水还有气，在加载初期，孔隙水和孔隙气来不及排出，孔隙气被压缩，土体被压密，土颗粒之间应力增加，荷载由土颗粒骨架、孔隙水和孔隙气共同承担。
同时由于孔隙气被压缩，土体内部的饱和度也发生变化。
非饱和上在上骨架形成的孔隙中同时含有气体和水，气体在压缩时会有部分溶解于水中，非饱和土的压缩性和渗透性比饱和上复杂得多。
因此，迄今为止，还没有公认为成熟的非饱和上固结理论。
建立非饱和上固结理论的困难主要有几个方面：(1)饱和粘上固结理论是以上体变形是连续的作为基本假设。
对于非饱和上而言，上体中气体具有很高的压缩性，同时，部分气体溶解于水中，很难满足严格的连续条件。
(2)非饱和土的渗透性包括透气性和透水性，渗透性与非饱和土的基质吸力和含水量密切相关，且在由干到湿和由湿到干的干湿循环过程中，相同含水量的上体，渗透性并不一样，即渗透性与含水量不是单值函数关系，因此，测量渗透系数不容易。
(3)非饱和土的有效应力参量和有效应力原理的适用性较窄，有效应力公式中含有与基质吸力有关的参量不易确定。
(4)非饱和土的水气接触是一个复杂的物理-化学界面，Fredlund称之为第四相，第四相对非饱和土的行为有何影响仍不得而知。
(5)非饱和土本构模型还没有公认的理论，因此建立成熟的非饱和上固结理论还需要时间。
四、饱和土与非饱和土固结理论的联系饱和土与非饱和土的固结理论是相互联系的，非饱和土的固结理论是对饱和土固结理论的进一步深化。
许多学者在饱和土固结理论的基础上来进一步研究非饱和土的固结理论。
一些学者从Biot理论出发，只考虑孔隙水运动；也有些学者从Torzaghi固结理论出发，同时考虑孔隙气和孔隙水运动，联合求解孔隙水压力消散力程和孔隙气压力消散力程。
比如Fredlund的固结理论就可以看作是Terzaghi固结理论的推广，Fredlund(1979)的公式在形式上与传统的Torzaghi一维公式类似，并在非饱和与饱和两种情况之间可以平顺过渡。
一些学者将饱和土力学的有关理论借用到非饱和土力学的研究中，如Black、Crong、Williams、Bishop等曾将饱和土的有效应力原理引进到非饱和土中，提出了非饱和土的有效应力理论，并用其解决非饱和土的强度问题。
非饱和土固结理论中用到的许多参数可由饱和土理论中求得。
例如由饱和土压缩-回弹曲线与非饱和土干缩-湿胀曲线的对比试验可求得非饱和土的Bishop有效应力公式折减系数X随吸力或饱和度的变化。
而饱和土也可以看作是非饱和土的一个特例。
象陈正汉和杨代泉的非饱和土固结理论不仅适用于水、气各自连通的非饱和土，而且涵盖了饱和土的固结理论。
五、饱和土与非饱和土固结理论的差别非饱和土除了包含不可压缩的固相土粒和液相水外，还含有一定数量的可压缩气体。
由于非饱和土的复杂性，从而使得非饱和土在许多方面都比饱和土复杂得多，现主要从以下几个方面简要介绍饱和土与非饱和土固结理论的差别。
（1）相:饱和土只有固相和液相二相；而非饱和土由固相、液相和气相三相组成,Fredlund则将非饱和土视为四相系，将土中水与气的分界而当作第四相。
第四相是一个复杂的物理-化学界而，它对非饱和土有何影响仍需进一步研究。
（2）渗透性:对于饱和土，渗透性主要是透水性，一般认为土中渗流可以用达西定律来描述，此时，渗透系数k基本为常量。
而而对于非饱和土，不仅要涉及水和气的渗透性，而且两者都与土的含水量和吸力密切相关。
此外，当给定状态的土由干到湿或由湿到干达到同一含水量时，渗透性并不一致，即渗透性与含水量并不是单值函数关系。
另外，其渗透系数受土的结构性的影响相当显著，因此，要测定渗透系数并不容易。
如果再考虑上非饱和土渗流的非线性以及固结过程中水、气的相互作用，问题的求解难度将更大。
（3）固结的连续条件：饱和粘土固结理论是以土体积变化的连续条件作为基本假设的；对于非饱和土而言，土中气体具有很高的压缩性，当气体与外界连通时，一部分气体要从土体中排出，未排出气体的体积和密度均要发生变化，而且还有一定量的气体要溶解于孔隙水中。
而那些以气泡形式存在于土孔隙中的封闭气体也会发生体积改变与溶解的现象。
因此，非饱和土很难建立严格的连续条件。
（4）固结机理:非饱和土在荷载作用下固结机理与饱和土在荷载作用下的固结机理存在显著的差别。
非饱和土孔隙中同时含有水和气，固结过程中，土中水与气要相互作用，还要涉及水和气的渗透性，气体的压缩性很高，而且在压缩时会有部分气体溶解于水中，故非饱和土的压缩性、渗透性要比饱和土复杂得多。
象饱和土刚受压的瞬时，水来不及排山，而水又不可压缩，故全部荷载由水承担，土骨架不变形不受力，随着水的排山，荷载逐步转移给土骨架，土体慢慢压缩，其沉降过程线是通过坐标原点的。
但非饱和土受压时，孔隙中的气体会立即压缩，土骨架也立即受力变形。
故荷载在施加瞬时，就由水、气和土骨架共同分担。
随着水和气的排出，荷载进一步转移到土骨架上，变形进一步发展。
这反映到沉降过程线上，就存在一个初始沉降。
非饱和土的固结计算就要能反映变形的初期值和后继发展。
（5）压实原理:饱和土一般只有通过排水固结才能使土的孔隙比减小，达到压密的目的；而非饱和土可以通过排出土体孔隙中的空气，使土颗粒重新排列，减小土体孔隙比，以提高土的强度和减小土的压缩性。
六、结束语综上所述可以看出饱和土与非饱和土的固结理论基本上都是基于太沙基的一维固结理论与有效应力原理为基础来进一步研究和探讨土的固结情况的，只是在Fredlund的固结理论中他放弃了有异议的非饱和土有效应力原理，进而建立非饱和土各相的体应变本构方程的。
从以上分析可以看出饱和土与非饱和土的固结理论是相互联系的，非饱和土的理论是对饱和土理论的进一步深化。
【参考文献】（1）龚晓楠高等土力学[M].浙江大学出版社1996（2）张志红赵成刚邓敏非饱和土固结理论新进展[J].岩土力学2005（3）陈正汉卢再华非饱和土的理论与实践[J].力学与实践2001（4）张志红非饱和土理论新进展[J].岩土力学2005（5）沈珠江理论土力学[M].中国水利水电出版社2000（6）牛文明饱和土与非饱和土固结理论及其联系与差别[J].桂林理工大学学报2010。