膨胀土的一些非饱和特性与力学模型分析

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1、硕士研究生论文1．2．1改装三轴剪力仪经过各国学者多年来的不断探索和努力，己发展了_些吸力量测技术。目前，人们常常利用压力板，热传导传感器、湿度计等装置来测量土中的吸力。在实验室中对非饱和土的强度和变形进行研究，较为合适的仪器就是三轴剪力仪。但普通的三轴仪不能测出土样里高于．70KPa的吸力，嗣为管路中的水在低于该值时会发生汽化．使得量测吸力无法进行。所以必须对常规三轴仪进行改装，使之能够测褥较高的吸力值。目前国内拥有这种改装过的三轴仪的科研单位不多，有关这方面的资料亦不多，为论文研究的需要．也为

2、多积累一些这方面的经验，笔者将对常规的三轴剪力仪进行改装．1．2．2干密度对吸力的影响干密度是反映土的密实程度的一个物理量，干密度的太小极大地影响土的力学性质。人们在研究中己发现，对于膨胀土，千密度太者遇水产生的膨胀变形和膨胀力也大。耶么，是否干密度大者，所具有的初始吸力也大呢?卢肇钩等【9】曾提出过如下假设，Ps=xCu．一k)，式中P，是膨胀力．x是土性参数，(ua—k)是吸力。这是基于对非饱和膨胀土抗剪强度的实验研究后得出的。为进一步探讨上述预测的膨胀力与吸力之问的关系是否存在，他们分别研究

3、了同一种土、同一含水量下，膨胀力Ps与孔隙比e之间，吸力(uru，)与孔隙比e之间的关系．比较这两个关系之间是否具有相似性1101。但实验结果表明．P3’之间存在线性关系，而(Ui--ll。)q之间关系不明显，尚无明显规律性r如图1．2．1)。由于在同一含水量下，e与p。之间存在如下关系：e=(G。p，／Pd)一1(1．1)故而，该实验结果也表明，p。与Ps之间存在规律，即p。愈太，P，愈大：3硕士研究生论文比e(B)Ps与e之问的关东图1．2．1(b)s与e之间的关系(引自卢肇钧等D0J)而P。

4、与(u。一～)之间关系尚不清楚。该实验中是用热传导探头进行测定吸力。沈建华⋯’亦对P。和(“l_～)之牺关系进行过实验研究，他采用的仪器是美产压力板吸力仪。实验结论是．同一种土P。愈大，(1lI—ll冒)愈大．以色列学者gassiff”1利用半透膜．通过改变溶液浓度从而改变盐溶液渗透压力以达到控制土样吸力的目的。用这种办法，他涮到了高达1．6Mpa以上的吸力．他的实验表明，同一含水量下，干密度愈大，初始吸力愈太，(如图1．22)。加拿大A．W．LWan[”】等用对砂．蒙脱土，砂．伊利土两种材料作了

5、测试初始吸力实验。他们的实验表明，千密度变化对初始基质吸力影响不大．他们的试验中使用了三种不同的方法来测不同干密度下土样的初始吸力：温度计涮总吸力．蒸汽平衡法测总吸力，滤纸法测总吸力和基质吸力。4硕士研究生论文图1．2．2初始含水量一干密度一吸力关系(由卡希夫实验m’结果整理)吸力8(蛾)由以上所列的前人研究成果来看，干密度对吸力的影响研究尚不充分，故而本文将利用改装的三轴仪对几种含水量的土样组进行测初始吸力的实验．寻找干密度与初始吸力之间的关系，并尝试从机理上予以说明。1．2．3暇力对压缩喇度的

6、影响人们知道．土愈干，愈刚硬，就愈难于压缩；反之土愈湿，愈软，就愈难于压缩。这说明，土的吸力大小影响土的压缩刚度．如图12．3。近年发展起来的非饱和土弹塑性模型，多数是借用剑桥模型(或修正剑桥模型)作为非饱和土弹塑性模型的参照模型。较为常见的正常固结线方程表达式ftz为：V=N(8)一X(s)In(P’／P。)(12)式中：V比容，等于(1+e)N(s)——正常固结线上(P’／P。)等于1时的比容，其值因s而异Suction，吸力．单位KP。5硕士研究生论文x(s)——正常固结线的斜率．其值园s而

7、异国1．2．3吸力时压缩刚度的影响(引自【l4】、P’——固结应力，单位KP。P．大气压力，单位KP。此式表明，鄞使是同样的加压过程，不同的吸力会导致不同的正常国结线NCL(NormalConsolidationLine)。而式中N(s)，x(S)的规律性表达式除西班牙学者Alonso曾提出过假设公式外，研究得很少。Alonso假设：N(S)=a+blns(1．3)^(s)=c+dlns(1．4)式中，a．b，c、d均为土性参数，N(B)、x(s)的表达式是建立非饱和土弹塑性本构方程的基本方程之一

8、，因此．本文试图通过一组控制吸力的压缩实验，寻求N(s)、^Ls)的规律性表达式。6硕士研究生论文咐：实验一监衷试验项目试验目的试样描述不同干密度下初考察干密度对吸力的始吸力量测影响是否与pd．中s关m=6．18ramh=2mm系相似1×33不同干密度下膨考察干密度对膨胀力胀力的量测的影响0=618ramh=2mml×33控制吸力各向等考察压缩曲线斜率与压实验吸力之问关系中=6．18ramh=8mm1×4考察千密度与压实压实试验功、饱和度0=618ramh=2mml×33一维压缩实