考虑密度和含水率影响的非饱和黄土吸力强度的试验研究
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第４ ５卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ． Ｘｉ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ．ｏ ｆ Ａｒ ｃ ｈ ． ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖｏ Ｉ ． ４ ５ Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ２ Ｏ１ ３
考 虑 密度 和含 水 率 影 响 的 非 饱 和 黄 土 吸力 强 度 的试 验研 究
李彦龙 ， 苏 立君 ， 王铁行 ， 王娟 娟
（ 西安建筑科技大 学土木工程学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ）
摘
要： 吸 力对 土 体 抗 剪 强 度 的贡 献 部 分 称 为 吸 力 强 度 ， 是 非 饱 和 土 体 抗 剪 强 度 的 核心 变量 ． 土 在 饱 和 及 非 饱
１ 非饱 和 土 理 论
自土 力学 在 ２ ０世 纪 ３ Ｏ年代 成 为一 门独立 学科 后 ， 近８ ０年 的研究 和发 展使 非饱 和土 力学 的理论 和 测试 技术 取 得 了重 大 的进 展． 其中， 国 内外 具有 代 表 性 的抗 剪强 度 公式 有 （ 下 述 公式 中 ： Ｃ 为 有 效粘 聚
力， 为有 效 内摩擦 角 ， 为总应 力 ， Ｕ 。 为孔 隙气 压力 ， “ 为孔 隙水压 力 ， Ｕ 。 一Ｕ 为基 质 吸力） ： Ｆ ｒ ｅ ｄ ｌ ｕ ｎ ｄ Ｅ （ １ ９ ７ ８ ） 提 出 了双应 力状 态变 量抗 剪强 度公 式 ：
ｒ ｒ— Ｃ ＋ （ — Ｕ ） ｔ ａ ｎ ＋ （ Ｕ 一 Ｕ ） ｔ ａ ｎ ｃ ｐ ｂ （ １ ）
技
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
第４ ５卷
ｒ ， 一ｃ ＋ 一 ） ｔ ａ ｎ ｇ ＋ 干
其中， Ｕ 为 基质 吸力 ； ｎ为试验 参数 ， Ｐ 。 ， 为标 准大气压 ．
（ ４ ）
张常光 （ ２ ０ １ ０ ） 基于 统一 强度理 论和非 饱 和土双 应力状 态 变量抗 剪强 度 ， 合 理考虑 中 主应 力 效应 ， 建立非 饱 和土双应 力状 态变 量抗剪 强度 统一 解 ：
ｒ ，一 ｃ ＋ ａ ｔ ａ ｎ ￣ ｏ ＋ ｂ Ｓ （ ３ －ａ ）
其 中， 一ｃ 是 饱 和黄土 的有 效黏 聚力 ， — 是饱 和黄 土 的 内摩 擦角 ， ｂ 、 ｄ为试 验参 数随 土样 的 不 同而 不 同 ， Ｓ为基 质吸力 ． 为 了便 于 与非饱 和 土 的抗 剪 强度公 式 比较 ， ３ 一ａ式可 以改 写为 如下形 式 ：
ｒ ，＝ ＝ ＝ｃ ＋ （ 口一 ） ｔ ａ ｎ ｃ ｐ ＋ ｂ（ 。 一Ｕ ） （ ３ 一ｂ ）
缪林 昌［ １ ３ （ １ ９ ９ ９ ） 建立 了非 饱和 土抗 剪强 度 的双 曲模型 ：
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ７
修 改 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ５
其中， 表示抗 剪 强度 随基 质 吸力 （ “ 一Ｕ ） ，而增 加 的速率 ． 沈珠 江 （ １ ９ ９ ５ ） 提 出 了双 曲线 非饱 和 土抗剪 强 度模 型 ：
ｒ ，一 ， ＋（ Ｏ ＂ －Ｕ ａ ） ｔ ａ ｎ ｇ ｏ ， ＋ ｔ ａ （ ２ ）
wk.baidu.com
其中， ｄ为试 验参 数． 党 进谦 （ １ ９ ９ ７ ） 以陕 西关 中地 区 的 Ｑ。 黄土 为研究 对 象 ， 提 出 了如下 的非 饱 和土抗 剪强度 公式 ：
关键词 ： 非饱 和黄土 ； 吸力强度 ； 含水率 ； 干密度 ； 三 轴 试 验
中图 分 类 号 ： ＴＵ ４ ４ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ７ ９ ３ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ６ ６ ３ — ０ ５
工程 实践 上遇 到 的土通 常都 不 是两 相体 ， 绝 大部 分是 非饱 和土． 在 非 饱 和土 中， 吸 力对 强 度 的 贡献
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ５ １ ２ ７ ８ ３ ９ ７ ； ５ １ ０ ７ ８ ３ ０ ９ ） 作者简介 ： 李彦龙（ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 河南 南 阳人 ， 博士生 ， 主要 研 究 方 向为 非 饱 和 土 力 学
６ ６ ４
西
安
建
筑
科
和状态下 ， 其有 效抗 剪 强 度 指 标 是 相 同 的 ， 基于这一研究结论 ， 可 通 过 常 规 三 轴 试 验 来 研 究 非 饱 和 土 的吸 力 强 度． 三 轴 试 验结 果 表 明 ， 吸力 强度 与 含 水 率 为 准 线 性 关 系 ， 二者为负相关 ； 吸 力 强 度 与干 密 度 为准 线 性 关 系 ， 二 者为正相关． 在 含水率 、 干密 度 和 吸 力 强 度 空 间 中 ， 吸 力 强 度 的 分 布 为 一 平 面． 建 立 了 综 合 考 虑 含 水 率 和 干 密 度 的 吸 力 强 度 表 达 式 和非 饱 和 黄 土 抗 剪 强 度 表 达 式 ， 可供 工 程 实 践 参 考 ．
部分 称为 吸力 强度 Ⅲ ， 记 为 ． 吸力 强度是 非 饱和 土抗 剪强度 的 核心 变 量 ， 其 与含 水率 和 干密 度 之 间 的 关 系 尤为 密切 ． 综合 考 虑干 密度 和含水 率 对非 饱和 黄 土 吸力强 度 影 响 的相 关研 究 尚少 ． 就 工程 而 言 ， 控 制吸 力 的非饱 和土 三轴 试验 非常 耗 时 ， 本 文拟 通过 常规 三 轴试 验 来探 讨 非饱 和黄 土 吸 力强 度 与 含水 率 和干 密度 之 间的关 系 ， 并 建立 相 应 的吸力 强度 表达 式．
西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版 ）
Ｊ ． Ｘｉ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ．ｏ ｆ Ａｒ ｃ ｈ ． ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ． （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
Ｖｏ Ｉ ． ４ ５ Ｎｏ ． ５
０ｃ ｔ ． ２ Ｏ１ ３
考 虑 密度 和含 水 率 影 响 的 非 饱 和 黄 土 吸力 强 度 的试 验研 究
李彦龙 ， 苏 立君 ， 王铁行 ， 王娟 娟
（ 西安建筑科技大 学土木工程学院 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ）
摘
要： 吸 力对 土 体 抗 剪 强 度 的贡 献 部 分 称 为 吸 力 强 度 ， 是 非 饱 和 土 体 抗 剪 强 度 的 核心 变量 ． 土 在 饱 和 及 非 饱
１ 非饱 和 土 理 论
自土 力学 在 ２ ０世 纪 ３ Ｏ年代 成 为一 门独立 学科 后 ， 近８ ０年 的研究 和发 展使 非饱 和土 力学 的理论 和 测试 技术 取 得 了重 大 的进 展． 其中， 国 内外 具有 代 表 性 的抗 剪强 度 公式 有 （ 下 述 公式 中 ： Ｃ 为 有 效粘 聚
力， 为有 效 内摩擦 角 ， 为总应 力 ， Ｕ 。 为孔 隙气 压力 ， “ 为孔 隙水压 力 ， Ｕ 。 一Ｕ 为基 质 吸力） ： Ｆ ｒ ｅ ｄ ｌ ｕ ｎ ｄ Ｅ （ １ ９ ７ ８ ） 提 出 了双应 力状 态变 量抗 剪强 度公 式 ：
ｒ ｒ— Ｃ ＋ （ — Ｕ ） ｔ ａ ｎ ＋ （ Ｕ 一 Ｕ ） ｔ ａ ｎ ｃ ｐ ｂ （ １ ）
技
大
学
学
报（ 自然 科 学 版 ）
第４ ５卷
ｒ ， 一ｃ ＋ 一 ） ｔ ａ ｎ ｇ ＋ 干
其中， Ｕ 为 基质 吸力 ； ｎ为试验 参数 ， Ｐ 。 ， 为标 准大气压 ．
（ ４ ）
张常光 （ ２ ０ １ ０ ） 基于 统一 强度理 论和非 饱 和土双 应力状 态 变量抗 剪强 度 ， 合 理考虑 中 主应 力 效应 ， 建立非 饱 和土双应 力状 态变 量抗剪 强度 统一 解 ：
ｒ ，一 ｃ ＋ ａ ｔ ａ ｎ ￣ ｏ ＋ ｂ Ｓ （ ３ －ａ ）
其 中， 一ｃ 是 饱 和黄土 的有 效黏 聚力 ， — 是饱 和黄 土 的 内摩 擦角 ， ｂ 、 ｄ为试 验参 数随 土样 的 不 同而 不 同 ， Ｓ为基 质吸力 ． 为 了便 于 与非饱 和 土 的抗 剪 强度公 式 比较 ， ３ 一ａ式可 以改 写为 如下形 式 ：
ｒ ，＝ ＝ ＝ｃ ＋ （ 口一 ） ｔ ａ ｎ ｃ ｐ ＋ ｂ（ 。 一Ｕ ） （ ３ 一ｂ ）
缪林 昌［ １ ３ （ １ ９ ９ ９ ） 建立 了非 饱和 土抗 剪强 度 的双 曲模型 ：
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ３ — ２ ７
修 改 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ９ — ０ ５
其中， 表示抗 剪 强度 随基 质 吸力 （ “ 一Ｕ ） ，而增 加 的速率 ． 沈珠 江 （ １ ９ ９ ５ ） 提 出 了双 曲线 非饱 和 土抗剪 强 度模 型 ：
ｒ ，一 ， ＋（ Ｏ ＂ －Ｕ ａ ） ｔ ａ ｎ ｇ ｏ ， ＋ ｔ ａ （ ２ ）
wk.baidu.com
其中， ｄ为试 验参 数． 党 进谦 （ １ ９ ９ ７ ） 以陕 西关 中地 区 的 Ｑ。 黄土 为研究 对 象 ， 提 出 了如下 的非 饱 和土抗 剪强度 公式 ：
关键词 ： 非饱 和黄土 ； 吸力强度 ； 含水率 ； 干密度 ； 三 轴 试 验
中图 分 类 号 ： ＴＵ ４ ４ １ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ７ ９ ３ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ６ ６ ３ — ０ ５
工程 实践 上遇 到 的土通 常都 不 是两 相体 ， 绝 大部 分是 非饱 和土． 在 非 饱 和土 中， 吸 力对 强 度 的 贡献
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ５ １ ２ ７ ８ ３ ９ ７ ； ５ １ ０ ７ ８ ３ ０ ９ ） 作者简介 ： 李彦龙（ １ ９ ８ ５ 一 ） ， 男， 河南 南 阳人 ， 博士生 ， 主要 研 究 方 向为 非 饱 和 土 力 学
６ ６ ４
西
安
建
筑
科
和状态下 ， 其有 效抗 剪 强 度 指 标 是 相 同 的 ， 基于这一研究结论 ， 可 通 过 常 规 三 轴 试 验 来 研 究 非 饱 和 土 的吸 力 强 度． 三 轴 试 验结 果 表 明 ， 吸力 强度 与 含 水 率 为 准 线 性 关 系 ， 二者为负相关 ； 吸 力 强 度 与干 密 度 为准 线 性 关 系 ， 二 者为正相关． 在 含水率 、 干密 度 和 吸 力 强 度 空 间 中 ， 吸 力 强 度 的 分 布 为 一 平 面． 建 立 了 综 合 考 虑 含 水 率 和 干 密 度 的 吸 力 强 度 表 达 式 和非 饱 和 黄 土 抗 剪 强 度 表 达 式 ， 可供 工 程 实 践 参 考 ．
部分 称为 吸力 强度 Ⅲ ， 记 为 ． 吸力 强度是 非 饱和 土抗 剪强度 的 核心 变 量 ， 其 与含 水率 和 干密 度 之 间 的 关 系 尤为 密切 ． 综合 考 虑干 密度 和含水 率 对非 饱和 黄 土 吸力强 度 影 响 的相 关研 究 尚少 ． 就 工程 而 言 ， 控 制吸 力 的非饱 和土 三轴 试验 非常 耗 时 ， 本 文拟 通过 常规 三 轴试 验 来探 讨 非饱 和黄 土 吸 力强 度 与 含水 率 和干 密度 之 间的关 系 ， 并 建立 相 应 的吸力 强度 表达 式．