非饱和土力学-第二节非饱和土的水力特性详解.ppt

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 第二节 非饱和土的水力特性 也叫保水特性(water-retention behaviour )，用水分特征曲线(SWCC)表示 非饱和土的吸力与含水量或饱和度或体积含水量之间关系 土的粘性越大，同一含水量时吸力越大。这是由于土的颗粒大小及土的矿物成分不同所引起的，颗粒越细，矿物的亲水性越强，它们的吸力就越大 Zones of Desaturation Defined by a Soil-Water Characteristic Curve, SWCC 0 5 10 15 20 25 30 35 0.1 1.0 10. 100. 1000. 10,000 100,000 1000,000 Gravimetric water content, w (%) Soil suction (kPa) Air entry value Boundary effect zone Transition zone Residual zone Residual condition Inflection point 在降低含水量(脱水曲线)及增加含水量(吸水曲线)情况下测出的水分特征曲线是不一样的。脱水曲线在吸水曲线的上面，说明在同样吸力条件下，脱水时要比吸水时具有较高的含水量 这种滞回现象可用土体中孔隙的几何形状加以解释 土的孔隙可以看成孔径大小不一的毛细管，见左下图，取一段孔径大小变化的毛细管来研究，一端插入水中，脱水过程是较细的孔径起控制作用，而吸水过程则是较粗的孔径在起控制作用。故在同样吸力作用下，脱水过程毛管中具有较多的水分，这种现象称为瓶颈效应。 另外还可从水与土粒表面的接触角来解释，脱水过程的接触角θ1小于吸水过程的接触角θ2，θ越小，毛细水的高度越大。故同样管径的毛细管，脱水时要比吸水时有更多的毛细水，如右下图 孔隙比对水分特征曲线的影响 用同种土样击实制成的不同密度试样的SWCC。试验是增加含水量条件下完成的，即为吸水曲线。孔隙比对非饱和土的SWCC的影响很大。孔隙比小的SWCC在孔隙比大的右边，也就是说，同样吸力条件下，孔隙比小的饱和度要比孔隙比大的高。孔隙比减小，保水性增大。这可能是由于孔隙比小时气体难进入的缘故 土结构对水分特征曲线的影响 同一种土，即使孔隙比e相近，其SWCC也会因土结构的不同而不同。用不同制样方法得到同种土试样的SWCC。在e相近的条件下，用泥浆固结样的SWCC在击实试样的右边，i.e.,泥浆样的进气值要大。泥浆样的过渡区间的曲线斜率比击实样的要陡。其原因可能是由于泥浆样的孔隙比较均匀，大孔隙尺寸比击实样的要小 Effective degree of saturation Se Modelling of SWCC Sr 1 * * * * * *