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基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力

汇报人：

2024-01-21

引言

非饱和土力学基础

三剪强度准则及在非饱和土中的应用

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力计算

影响因素及敏感性分析

结论与展望

contents

目

录

01

引言

非饱和土在自然界中广泛存在，其力学性质与饱和土有很大差异。非饱和土的强度、变形和稳定性等问题一直是土力学领域的研究热点。

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力研究，可以为非饱和土体的工程设计提供更加准确和可靠的理论依据，具有重要的理论意义和实践价值。

库仑主动土压力是土压力计算的重要理论之一，对于挡土墙、地基和边坡等工程的设计和施工具有重要意义。然而，传统的库仑主动土压力理论是基于饱和土体的，对于非饱和土体的适用性有待进一步探讨。

国内外学者在非饱和土力学性质、强度准则和土压力计算等方面开展了大量研究工作，取得了一系列重要成果。

在非饱和土强度准则方面，国内外学者提出了多个适用于非饱和土的强度准则，如Bishop强度准则、Fredlund-Xing强度准则等。这些准则为基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力研究提供了重要的理论支撑。

在非饱和土库仑主动土压力计算方面，国内外学者通过引入非饱和土的有效应力原理和强度准则，对传统的库仑主动土压力公式进行了改进和完善。然而，目前的研究大多局限于二维平面问题，对于三维空间问题的研究相对较少。

具体研究内容包括

分析非饱和土的力学性质和强度特性；基于三剪强度准则，建立非饱和土的破坏准则和屈服函数；推导适用于非饱和土的库仑主动土压力计算公式；通过数值模拟和试验验证公式的准确性和可靠性。

研究方法包括

理论分析、数值模拟和试验验证。首先通过理论分析，建立基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力计算公式；然后利用数值模拟方法，模拟不同条件下非饱和土的破坏过程和土压力分布情况；最后通过试验验证公式的准确性和可靠性。

02

非饱和土力学基础

非饱和土指的是土体中同时存在固态、液态和气态三相，且液态和气态之间处于不平衡状态的土体。

非饱和土具有复杂的物理和化学性质，如吸力、毛细现象、水分迁移等，这些性质对土体的力学行为有重要影响。

特性

定义

非饱和土的变形特性包括压缩性、膨胀性和剪切性等，这些性质与土体的含水量、密度和应力状态等因素密切相关。

变形特性

非饱和土的渗流特性指水分在土体中的迁移和分布规律，包括渗透性、毛细上升和水分蒸发等过程，这些过程对土体的稳定性和工程性质有重要影响。

渗流特性

03

三剪强度准则及在非饱和土中的应用

剪切面上的应力状态

三剪强度准则考虑了剪切面上的正应力和剪应力，以及中间主应力的影响，能够更准确地描述土的强度特性。

破坏准则的表达式

通过引入三个剪切强度参数（粘聚力c、内摩擦角φ和中间主应力系数b），三剪强度准则可以表示为τf=c+σtanφ+b(σ1-σ3)，其中τf为抗剪强度，σ为剪切面上的正应力，σ1和σ3分别为最大和最小主应力。

VS

非饱和土由固相、液相和气相三相组成，其力学性质受到吸力、含水量和应力状态等因素的影响。

三剪强度准则的验证

通过大量非饱和土试验数据的分析和比较，验证了三剪强度准则在非饱和土中的适用性。该准则能够较好地预测非饱和土的抗剪强度，并考虑吸力对抗剪强度的影响。

非饱和土的特性

摩尔-库仑准则的局限性

摩尔-库仑准则忽略了中间主应力的影响，且对于非饱和土的适用性较差，无法准确描述吸力对抗剪强度的影响。

三剪强度准则的优势

与摩尔-库仑准则相比，三剪强度准则考虑了中间主应力的影响，并引入了吸力对抗剪强度的贡献项，因此能够更准确地预测非饱和土的抗剪强度。同时，三剪强度准则还具有较好的适用性和灵活性，可以适用于不同类型的土壤和应力状态。

04

基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力计算

03

适用范围

库仑土压力理论适用于刚性挡土墙。

01

库仑主动土压力定义

指挡土墙向外（或向前）移动，使墙后填土的应力状态达到主动极限平衡状态时，填土作用在墙背的土压力。

02

计算公式

主动土压力强度、主动土压力合力、作用点位置等计算公式。

根据非饱和土的强度准则和库仑土压力理论，推导非饱和土库仑主动土压力的计算公式。

将参数代入计算公式，计算非饱和土的库仑主动土压力。

选择典型的非饱和土边坡算例，运用基于三剪强度准则的非饱和土库仑主动土压力计算方法进行计算。

将计算结果与实测数据或其他理论方法计算结果进行对比分析，验证本文方法的正确性和适用性。

通过大量算例的分析和验证，得出本文方法在非饱和土边坡稳定性分析中的可靠性和优越性。

01

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影响因素及敏感性分析

01

02

03

01

内摩擦角反映了土体颗粒间的摩擦特性，是非饱和土抗剪强度的另一重要参数。

02

随着内摩擦角的增加，非饱