非饱和土基本特性的学习与思考详解.ppt

非饱和土基本特性的 学习与思考; 前言; 研究非饱和土体在增减荷（应力边界条件变化）、增减湿（流量边界条件变化）耦合变化时的反应，包括： 土体渗流理论――渗透稳定问题 土体极限平衡理论――强度稳定问题  土体固结理论――变形稳定问题 ; 孔隙流体系统――液相 、气相流动规律（流动模型）;在非饱和土中气相的存在和液相的多少是非饱和土性质复杂化的根本原因;非饱和土基本特性的学习;1. 非饱和土的相态特性 －－自态、互态、变态;气相的型态（吸附气体、溶解气体、密闭气体、自由气体）、成份（主要是空气，含量最多的是水汽、碳酸气、氮气、甲烷碳酸气镭以及其他，氧气含量少）、连通情况（气单连通、水单连通、水气双连通）;三相的互态特性;三相的变态特性 （温度、压力变化引起的相变）;非饱和土的相态特性涉及到一系列重要定律： Fick定律 Darcy定律 Henry定律 亚佛加德罗定律 道尔顿(Dolton)分压定律 Kelvin定律 热力学第一定律 热力学第二定律;它们和不同条件下压力和温度的变化相结合，可以使非饱和土的双电层特性、收缩膜特性以及结构性特性均发生相应的综合性变化，导致了非饱和土十分复杂的力学性质。;2. 非饱和土的吸力特性; 如将它们分别称之为基质吸力和溶质吸力，它们之和，即此时的自由能，称为总吸力，则有总吸力等于基质吸力与溶质吸力之和。;基质吸力; 将基质吸力引入到非饱和土及土体变形强度稳定的研究与分析中去是当前非饱和力学研究发展的一条基本线索; 土中水自由能的溶质部分（对溶剂）来源于溶质浓度，溶质的浓度愈大，溶剂平面上方的蒸气压比纯水平面上方的蒸气压愈小，即相对湿度愈小，水从浓度的高梯度向低梯度的渗透作用愈强，溶质吸力愈大。;如果在测定土的基质吸力时，土中的水已经是含有一定溶质的自然条件下的水，则测得的吸力已非常接近总吸力。;土－水特征曲线; 对于干燥、增湿往返作用时干燥曲线与增湿曲线的变化特性也成了人们开始注意的问题。 提出了由干燥曲线预测增湿曲线，或由增湿曲线预测干燥曲线的方法(Phan H.Q，2003); 土中的水分可以有：结晶水、吸着水、结合水（薄膜水）和自由水等，具有不同属性的不同类型。 含水率变化时，土中水有不同的类型，气有不同的连通，从而造成了土－水特征曲线的复杂形态，出现了一系列的重要特征参数。;饱和度Sr有残余饱和度和有效饱和度。;残余饱和度：残余饱和度反映了土中结合水的实质。饱和度低于它时不会再对已经很高的吸力有所影响；饱和度大于它时，饱和度的少许增大可以使吸力大幅度降低，反映了毛细水以至重力水的出现和增多，使相邻的弯液面由扩大、相连，至完全饱和时消失。;孔隙大小分布指数：是有效饱和度与吸力双对数关系曲线的斜率，数值愈大，表示孔隙尺寸的分布范围愈窄，孔隙愈均匀。;气浸入值（进气压力值）Sa：气开始入浸土的孔隙使重力水排出时对应的基质吸力。实用上，它对应于脱湿时的吸力曲线在高饱和度下的拐点，它是土中最大孔隙尺寸的一种量度。;影响土水特征曲线的因素;对不同的应力应变历史，土水特征曲线的滯回曲线可有边界滯回曲线（边界干燥曲线和边界增湿曲线），有主滯回曲线，甚至二次滯回曲线。;非饱和土的应力特性研究必须首先正确揭示和反映收缩膜张力、孔隙水压力、孔隙气压力及基质吸力间的特点、实质联系及其对土骨架变形强度变化的作用机理。; 人们在寻求非饱和土的应力状态变量时，首先想到了单一有效应力型的应力状态变量。它不是一般的纯力学量，而是一个与材料有关的力学量，与材料的本构关系有着密切的联系（如饱和土力学中的有效应力）。; 研究提出具有真实合理性的有效应力表达式是当前的主要任务。 对已经提出的各种表达式还需要作出认真的选择与检验。; 当前，双应力型的应力状态变量得到了广泛的传播与应用。它用净总应力和基质吸力作为两个独立的应力状态变量。它是一种纯粹力学量，与材料性质无关（如固体力学中的应力）。 对用它研究非饱和土变形强度的理论与方法也需要作出进一步的完善与分析;对应力特性的一些新探讨;关于非饱和土承担荷载的机理; 在容许孔隙流体排出的条件下，这种超孔隙压力会随时间的增长和土的压密而逐渐消散，使各相所承担应力的比例协调地发生变化，最终，在消散终结时，荷载仍全部由土骨架（包括收缩膜）来承担。;非饱和土在消散终结时,孔隙压力，即孔隙水压力和孔隙气压力都不会等于零。因为;关于孔隙水压力