非饱和土广义有效应力原理

综述了非饱和土有效应力的沿革,并就非饱和土有效应力的研究和发展中存在的问题进行了讨论。基于多相孔隙介质理论推导得到的变形功的表达式,提出了非饱和土广义有效应力原理。该原理认为,由非饱和土中的单应力变量的有效应力或双应力变量理论很难唯一地确定非饱和土的变形和强度。广义有效应力原理实质上就是要综合考虑影响非饱和土变形和强度的三种广义应力以及与其对偶的广义变形,给出考虑因素更为全面、理论基础更为坚实的广义有效应力原理。它为非饱和土基本性质的研究和本构方程的建立奠定了坚实而科学的理论基础。     

非饱和土的有效应力与抗剪强度

从孔隙土的存在状态出发，探讨了吸力的两种不同作用效果与非饱和形态的关系，从理论上论证了Bishop公式的正确性澄清了多年来一个基本概念上的误解。用新的观点阐述了非饱和土中抗剪强度分布不均匀及浸水湿陷的原因；同时还对Fredlund和卢肇钧提出的抗剪强度理论及参数的测试方法进行了分析，提出了各种抗剪强度理论在理论上都是相同的，其区别仅在于确定由吸力产生的那部分有效应力时采用的参数和测试 方法不同。为今后非饱和土的抗剪强度研究从理论转向实用提供了理论基础。     

洛阳地区非饱和土强度试验研究

在改进的非饱和三轴仪上针对洛阳地区非饱和土开展强度试验研究,结果表明:粘聚力趋势角相对内摩擦角有更高的变化率、更大的变化范围,似粘聚力和随着饱和度的降低而快速增长。全面地考虑土中力学因素及土体结构影响的强度、变形理论研究是目前非饱和土土力学理论研究领域中的难点,对此用饱和度作控制变量建立了基于饱和度的非饱和土广义双变量强度理论,研究表明这一与以往理论建立思想有所不同的尝试对考虑土中力学因素、土体结构性的影响是有效的。     

土中有效应力概念的起源与发展

Terzaghi于1922年提出的有效应力概念是土力学的基石性概念,其历史迄今已有百年。值此百年之际,有必要对有效应力的概念起源、物理意义、方程形式及其力学作用进行总结和分析。可知饱和土Terzaghi有效应力方程已得到了广泛的认同,而非饱和土Bishop型有效应力方程的具体形式尚未统一。有效应力方程中应力变量的物理意义仍未形成共识。通过进一步的分析,认为存在于土骨架上的应力可以分为3类,第1类是由总应力引起的沿土骨架传递的应力,即有效应力;第2类是由孔隙流体压强引起的作用在土颗粒横截面上和土颗粒间接触面上的应力,它们不沿土骨架传递;第3类是由范德华引力、双电层斥力、收缩膜表面张力（对非饱和土而言）和胶结物作用引起的颗粒间局部应力,它们也不沿土骨架传递。因此,这3类应力对土体抗剪强度和体变的贡献应分别考虑。     

与孔隙水形态相关的非饱和土有效应力公式及其参数的定量

注意到土水特征曲线的迟滞环现象 ,根据对孔隙水形态不同则吸力效果不同的分析 ,提出了非饱和土新的有效应力公式 ,并对公式中的参数给出了求解方法。利用该公式可以较合理的解释土的湿陷和膨胀现象 ,在土饱和时还可退化成饱和土的有效应力公式     

考虑气-液交界面的非饱和土有效应力公式

在本构关系中如何确定有效应力是非饱和土力学界的重要课题之一。将非饱和土简化为气、液、固三相及其交界面组成的集合体。基于热力学原理,在Helmholtz自由能中考虑力-水耦合特性,将各相及其交界面的质量、动量、能量、熵守恒方程及相应的限制条件与自由能函数的物质导数联立代入熵不等式,根据该不等式适用所有热力学状态的条件推导出考虑气-液交界面面积密度的有效应力公式,并在利用该公式确定有效应力参数时将气-液交界面的面积密度表示为基质吸力与饱和度的函数。最后,利用已有文献中3种土的多阶段减、增湿三轴剪切试验结果,验证了该有效应力参数表达式相较于已有文献表达式在描述干湿循环下有效应力参数与基质吸力关系时的优势。     

降雨入渗条件下非饱和土朗肯土压力分析

传统的土压力分析仅考虑了土体饱和强度对土压力产生的贡献,忽略了基质吸力及其变化对土压力的影响。运用非饱和土有效应力原理和饱和土朗肯土压力公式推导了非饱和土朗肯土压力公式,结合Iverson降雨入渗解析解,推导出降雨入渗条件下非饱和土压力公式。该公式将降雨入渗时的非饱和土压力表示为时间和深度的函数,更符合实际情况。研究结果表明：采用该方法计算得到的土压力值相对于传统计算结果偏大,作用点偏高;此外,随着降雨的发生、入渗和停止,主动土压力呈现“减小-增大-减小-稳定”趋势,被动土压力呈现“增大-减小-增大-稳定”趋势,该现象由降雨过程中基质吸力改变所致。由该公式获得的土压力分布及变化规律可用于挡土工程结构的设计。     

芯吸效应与非饱和土柱试验

介绍了非饱和土柱试验构造技术,重点介绍了芯吸技术的应用,结合研究实际,给出了此方面的初步研究成果,研究显示芯吸技术是一种构造非饱和土柱试验的较好技术,但仍需进一步开展工作。     

非饱和土的广义朗肯土压力

本文从 4条基本假设出发 ,建立了非饱和土的广义朗肯土压力公式 ,采用理想试验对该公式进行了验证 ,在北京地铁13号线的东直门车站基坑工程中理论分析结果和实测值非常接近 ,证明了该理论的有效性。土的广义朗肯土压力公式建立了土的试验指标与原位指标的关系 ,从理论上给出了用土的试验指标得到原位主动 (被动 )土压力的方法。对于非饱和土 ,采用简单易得的直剪试验指标应用广义朗肯土压力公式就可以得到相当精确的结果 ,弥补了扩展朗肯土压力理论的不足。而且广义朗肯土压力公式能够合理利用已有的工程经验和工程数据 ,为非饱和土力学的工程实用化提供了一条新的思路。     

非饱和膨胀土的土-水特征曲线研究

在干旱和半干旱地区 ,土体中含水量的变化常会引发各种工程问题。研究表明 ,非饱和土的工程性质不仅取决于土的组成、结构和应力状态 ,还与土中的吸力密切相关。非饱和土的土 -水特征曲线表达了土体中含水量与吸力的关系 ,是非饱和土研究的重要内容之一。     

非饱合土的弹塑性模型研究

从孔隙水的存在状态出发，探讨了非饱和土的有效应力原理。利用非饱和土的有效应力原理，将饱和土的弹塑性模型推广到了非饱和土中，建立了能反映非饱和土渐近性破坏、湿陷湿胀等特性的剑桥修正模型。该模型中新引入的试验参数较少，确定时只需要水分特征曲线，其它可以利用饱和土的成果，能在工程实际中采用。     

非饱和土力学中几个基本问题的探讨

近些年非饱和土力学的研究非常活跃,但对一些基本问题的认识并不一致,有时甚至概念混淆。针对非饱和土力学的几个基本问题：非饱和土状态变量的选择、非饱和土有效应力变量的选择、吸力概念的界定和轴平移技术的局限性、非饱和土的结构的表征方法等问题进行了分析和探讨。其中非饱和土状态变量和有效应力的选择对于非饱和土力学的理论和相应本构模型的建立具有重要影响,因此,首先深入讨论了这一问题,概括论述了非饱和土有效应力的演变并深入探讨了目前各种形式有效应力的优缺点。其次,指出由于受负压孔隙水气化（液-气相变化）的影响,在实际场地中大于某一界限值的基质吸力是不存在的;目前被广泛使用的轴平移试验技术却掩盖了这一情况,而基于此所建立的非饱和土强度和变形理论的适用性需要进一步的研究和论证。再次,指出非饱和土的结构除了包括组构和颗粒之间作用力的综合效应外,还建议增加孔隙水和孔隙气的分布以及各相之间的相互作用和物理-化学作用。最后对一些容易混淆的概念进行了梳理。其目的是希望国内同行在今后的研究中对这些问题加以关注,并建立正确的认识,促进非饱和土力学沿着正确的方向发展。     

非饱和土损伤模型与应用

非饱和土应力状态是采用有效应力( –ua)和基质吸力(ua–uw)作为应力状态变量,相应的Mohr-Coulomb破坏包面是在有效应力、基质吸力和剪应力的三维坐标系中的曲面（通常在应用中假定为平面）。根据应变等效性原理定义损伤变量,由非饱和土给出损伤变量与偏应力的曲线,并得到非饱和土的损伤阈值与基质吸力呈指数函数关系。采用一非饱和土土坡开挖过程的算例,说明基于损伤演化描述的稳定性数值分析方法可行。     

非饱和花岗岩残积土崩解机制试验研究

为研究非饱和花岗岩残积土的崩解机制,将取自广州的残积土试样根据不同含水率和压实度进行制备,用自制仪器进行崩解性试验,并对相关公式进行修正并用于试验数据处理。同时,从微观角度将土颗粒的粒间受力状态进行简化分析,继而对非饱和花岗岩残积土的崩解机制进行分析,结果表明,主要控制因素为孔隙气压（有效孔隙率）和基质吸力。结合试验结果,建立崩解稳定阶段平均速度与有效空洞率及基质吸力的关系,结果表明,分别呈指数函数和对数函数正相关。     

非饱和土土-水特征曲线和结构强度理论

本文从非饮和土中微观孔隙中分离规律出发，考虑到土孔隙内收缩膜对非饱和土剪切强度的影响，推导出了非饱和土土水特征曲线方程和结构强度公式。这不仅揭示了两者的内在联系，而且使它们有了统一的理论基础。这些公式既与试验测量结果相符，又便于实际应用。     

不同应力路径下非饱和黄土的结构变化特性

以陕西杨陵非饱和黄土为研究对象,对不同初始含水率的原状黄土及相应的重塑黄土进行不同应力比下的等应力比加载试验,求取非饱和黄土在不同应力状态下的综合结构势参数,研究了黄土在等应力比压缩试验状态下的结构变化特性。结果表明,当初始含水率不变时,应力比(?=?3/?1)对黄土的结构性有较大的影响,表现为应力比愈小,黄土的结构性愈弱;当应力状态不变时,含水率对结构性参数影响明显。含水率愈低,同一应力状态下对应的结构性参数愈大,尤其在低含水率区域,含水率变化强烈影响原状黄土的结构性。     

A constitutive model for unsaturated soil–structure interfaces

A constitutive model for simulation of the behavior of unsaturated interfaces is presented here. The model is an extension of an existing critical state compatible interface model for dry and saturated interfaces that was already proposed by one of the authors [Lashkari, A. 2013. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech. 37 (8): 904–931]. For a proper simulation of the behavior of partially saturated interfaces, the extended model is formulated in terms of two pairs of work conjugate stress–strain‐like variables. The modified model simulations are compared with the existing data of dry, unsaturated, and saturated interfaces. For each interface type, it is shown that the proposed model can capture the essential elements of the behavior using a unique set of parameters. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.