非饱和土力学第一节毛细管作用和吸力精要.ppt

滤纸法测吸力 密封容器 滤纸法的仪器 滤纸法示意图 纯Kunigel-V1膨润土的土水特征曲线 w-s Sr-s 饱和盐溶液法 底部装有盐溶液的密闭容器 饱和盐溶液及对应吸力值(20°C) 饱和盐溶液 RH% 总吸力(MPa) LiBr 6.6 367.54 LiCl·H2O 12.0 286.70 CH3COOK 23.1 198.14 MgCl2·6H2O 33.1 149.51 K2CO3 43.2 113.50 NaBr 59.1 71.12 KI 69.9 48.42 NaCl 75.5 38.00 KCL 85.1 21.82 K2SO4 97.6 3.29 * * 仁者乐山 智者乐水 非饱和土力学 吸力 非饱和土的水力特性(保水特性) 非饱和土的力学性质 渗透性 变形 强度 Regional distribution of unsaturated soils Local vertical zones of unsaturated soils GROUNDWATER TABLE - Water filling the voids - Air in a dissolved state SATURATED SOIL Unsaturated Soil REV as a Four Phase System Two Phases that deform and come to rest under a stress gradient (SOLIDS) Soil structure Contractile skin Two phases that continuously flow under a stress gradient (FLUIDS) Water Air Soil particles Air Contractile skin Water REV = Representative Elemental Volume 第一节 毛细管作用和吸力 饱和土力学讨论了地下水位以下水的流动， 土的变形和强度。 　 非饱和土力学研究从地表面到地下水面之间土的性质。 这部分土的孔隙中，通常同时存在着水和空气，呈非饱和状态。可以认为，这部分土中的水来源于地表面雨水等的渗透和由于毛细管的作用地下水对它的补给 照片是用圆铝棒堆积层模拟土的二维模型，在圆铝棒堆积层中加水，粒子间的孔隙中有水吸附。从相片中可以观察到，粒子接点处积聚着水，形成了弯液面 理想非饱和土中体积水与毛细水 土中的孔隙是很复杂的，形成了无数的毛细管。把毛细管用左图所示的下部浸水的半径为r的圆管代替，在这个简化的毛细管圆管中，水可以上升到某一高度，这叫做毛细管作用。毛细管作用是因为水的表面张力作用而产生的现象。水的表面张力，是因为水分子引力作用产生的沿着水表面的一种张力，可以形象地理解为在水的表面粘有一层薄薄的橡胶膜一样的东西，薄水膜粘在圆管的内壁上，由于表面张力的作用，把圆管内的水向上拉，使水位上升 毛 细 管 ? hc 土中毛细水上升高度 T 2r 上升高度 ?r2hc?w=2?rTcos? 毛细升高与孔径成反比 粘土 粉土 砂土 砾石 在25oC时，水的表面张力T≈0.075gf/cm，水的重度=1gf/cm3，如果取 ≈0，由上式得水面上升高度hc为  hc和r都以cm为单位。由上式可知，圆管半径r越小，水面上升高度hc越大。实际上土中的孔隙并不是圆管，如果用与圆管半径r等价的孔隙比e和有效粒径d10(cm)的积来表示，可得C是由土颗粒的粒径和表面粗糙程度等因素决定的系数，C在0.1～0.5cm2的范围内变化。根据上式可以推算出土中毛细管上升高度hc的大致值。如果假设粘土地基的d10≈1μm=10-4cm、e≈1，C=0.05cm2时，可得hc=5m 大气压力pa与弯液面下面的水压力uw及表面张力T的关系。根据力的平衡 由毛细管引起的水压力uw比大气压力pa小，所以，水压力为负值。由表面张力引起的大气压力pa与孔隙水压力uw的差pa-uw=2Tcosa/r叫吸力，用S表示 考虑毛细管上升高度hc后，吸力S可表示为 也就是说，弯液面部分的吸力与使毛细管中水位上升到hc高度的水压力相等。根据上式得 假定大气压力pa等于零，根据上式可知，受到毛细管作用的水，其孔隙水压力在弯液面的顶部是负值 从而可以理解图中所示的毛细管水压力分布与地下水面以下的静水压力分布相连续，并呈直线分布 在非饱和土内部，如图所示，孔隙水积聚在土颗粒接触点附近的缝隙中，形成水的弯液面。与细圆管的情况相同，由于水表面张力的作用，水的内部压力(孔