北京地铁五号线11标段区间及车站工程非饱和土特性试验研究报告

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1、鉴定资料之四—非饱和土特性试验研究报告地铁区间隧道和车站安全快速施工关键技术研究—北京地铁五号线11标段区间及车站工程非饱和土特性试验研究报告中国中铁四局集团有限公司安徽建筑工业学院二OO七年十一月鉴定资料之四—非饱和土特性试验研究报告目录第1章非饱和土干燥收缩试验研究11.1引言11.2土样制备与试验设备21.3试验结果与分析31.3.1土水特征曲线31.3.2收缩曲线51.3.3干燥收缩过程中孔隙比和含水率关系曲线51.3.4固结试验91.4小结10第2章非饱和重塑粉黏土的三轴试验研究122.1引言122.2非饱和土三轴试验系统－GDS三轴试验系

2、统简介122.3试验方案与试样制作152.4三轴压缩试验162.5三轴收缩试验232.6小结29第3章饱和－非饱和沉降数学模型303.1引言303.2现有地面沉降机理概述303.3地面沉降数学模型研究现状313.4饱和－非饱和地面沉降数学模型333.4.1饱和－非饱和渗流理论333.4.1.1非饱和土的Darcy定律333.4.1.2饱和－非饱和渗流基本方程353.4.1.3定解条件38-60-鉴定资料之四—非饱和土特性试验研究报告3.4.2非饱和土体变本构模型393.4.3基质吸力与容重的关系433.4.4水位线的降低与土体容重变化关系463.4.

3、5沉降计算方法493.5小结51第4章算例分析524.1算例1概况524.2算例2概况534.3结论59参考文献60-60-鉴定资料之四—非饱和土特性试验研究报告第1章非饱和土干燥收缩试验研究1.1引言非饱和土体变本构关系是非饱和土理论研究的一个重要内容，体积变化的本构方程将变形状态变量与应力状态变量联系起来。当土体净平均应力或基质吸力发生变化时，非饱和土的体积就会随之发生变化。不仅净平均应力的变化会导致土体压缩变形，而且土体在总应力为常数的情况下，非饱和土由于环境变化造成基质吸力改变时也会使土体发生膨胀或收缩。在饱和土中，一个单值的有效应力就可以描

4、述饱和土的力学性状(Terzaghi1943)。对于非饱和土，Coleman(1962)将Bishop有效应力方程的两个部分分开，分别对土的结构和液相提出两组本构关系；Aitchison指出需用各自独立的应力变量来描述非饱和土体积变化，并给出了分别按基质吸力和净平均应力路径与变形的关系点而描绘的体变曲线；Matyas和Radhakrishna(1968)进行了各向压缩试验和K0压缩试验，通过孔隙比和饱和度与应力变量和之间的关系来绘制本构面，结果表明只要变形路径引起饱和度增加时土结构的本构面具有唯一性，而含有浸湿和干燥过程的应力路径时孔隙比与应力关系的

5、本构面则不是完全唯一的；Barden(1969)等人研究了非饱和土在K0加荷条件下的体积变化特性，在控制土体总应力、孔隙气压力和孔隙水压力条件下探讨不同应力路径对非饱和土体积变化的影响，结论表明非饱和土体总体积变化与应力路径相关；Fredlund和Morgenstern提出了建立在多相连续介质力学基础上的非饱和土应力分析方法，采用了两个独立的应力状态变量，基质吸力和净平均应力来描述非饱和土的力学性状。近来很多学者对非饱和土的体积变化做了大量工作，Fredlund提出了在各种加荷条件下半经验的体变本构关系；Lloret和Alonso对非饱和土在不排水加

6、荷条件下的性状进行了分析研究，提出了两个预测土的总体积变化和饱和度变化的方程，并与1985年又提出了若干线性和非线性函数来描述非饱和土在K0-60-鉴定资料之四—非饱和土特性试验研究报告和各向等压加载条件下的本构面；根据临界状态概念，Alonso针对非膨胀土和弱膨胀土提出了一个统一的弹塑性本构模型Barcelona模型。近年来，虽然非饱和土力学得到很多学者的关注，各种非饱和土体变本构模型被提出，但由于非饱和土测试技术的难度很高，需要对非饱和土本构模型的各种假设进行验证和完善，来提高对非饱和土力学的进一步认识。本试验目的是考察非饱和重塑砂土、粉土、黏土

7、和粉质黏土的干燥收缩特性。在试样干燥收缩过程中，收缩曲线反映了含水率和孔隙比的关系；土水特征曲线反映的是含水率与基质吸力的关系。结合收缩曲线和土水特征曲线可以得到试样在零净平均应力条件下失水收缩过程中基质吸力与孔隙比之间的关系。1.2土样制备与试验设备采用砂土、粉土、黏土和粉质黏土来考察不同类型土的干燥收缩特性，物理参数如表1-1所示。试样的制作严格按照土工试验规程进行。首先粉碎试验用土，然后在烘干箱中烘干24小时后过2mm筛。对于这四种土样均要求在其最优含水率下压实到最大干密度，试样大小为D61.8×H20，体积为60cm3。对于同种类型进行收缩试

8、验和压力板试验的土样具有相同的密实度和相同的初始含水率，可以视为初始状态相同的土样。把制备好的试样装入饱和器