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关于红粘土的若干问题研究 摘要 红粘土是特殊土类之一，也是一种区域性土。在我国对红粘土的研究 已有近5 0 年，对于这种特殊土的各方面研究都有了较大的进展。在第二章 中全面总结了红粘土有关研究成果。第三章对红粘土进行了分类，重点介 绍了红粘土与膨胀土的区别，首次提出利用模糊模型识别理论对红粘土与 膨胀土进行判别。第四章总结了影响红粘土变形的几个因素；给出了几种 确定活动层深度的方法；介绍了计算膨胀量的公式；评价了非饱和土固结 理论，介绍了杨代泉一沈珠江非饱和土固结理论，认为可以用来计算红粘 土的固结变形；最后分析了地裂的产生机理、条件、影响因素、特点，首 次应用非饱和土力学推导两种情况下土体开裂对基础的作用力。第五章首 先对经典极限承载力计算理论介绍，并对它们进行总结；随后以红粘土地 基为研究对象，利用其参数平均值，原创性的通过a n s y s 软件分析了不同 基础埋深下弹性模量、泊松比、摩擦系数、剪胀角对极限承载力的影响； 以及由此对几种经典理论公式的不足之处进行评价；给出了在加载过程中， 地基基础的竖向应力变化过程。最后总结了全文，提出结论和建议。 关键词：红粘土分类判别变形承载力 s e v e r a ls t u d y0 nr e dc l a y a b s t r a c t r e dc l a yi so n eo ft h es p e c i a lc l a y sa n dt e r r i t o r i a lc l a y i no u rc o u n t r y , i ti s n e a r l y5 0y e a r ss t u d yo nt h i sc l a y , a n dh a sm u c hu n d e r s t a n da b o u tt h ec l a y i n c h a p t e rt w o ，t h er e dc l a yi sg e n e r a l l ys u m m a r i z e i nc h a p t e rt h r e e ，i ti sc l a s s i f i e d a n dd e s c r i b e dt h ed i f f e r e n t i ab e t w e e nt h er e dc l a ya n de x p a n s i v ec l a y a n df u z z y t h e o r yi su s e dt od i f f e r e n t i a t et h et w oc l a y s i nt h en e x tc h a p t e r , s e v e r a lf a c t o r s e f f e c t i n gt h ed e f o r m a t i o no fr e dc l a yi ss u m m a r i z e ，a n ds e v e r a lm e t h o d st o c a l c u l a t i o na c t i v el a y e rd e p t ha n de x p a n s i o nd e f o r m a t i o na r ep r e s e n t a n dt h e u n s a t u r a t e dc o n s o l i d a t i o nt h e o r yi se s t i m a t e d ，a n dy a n g - s h e nu n s a t u r a t e d c o n s o l i d a t i o nt h e o r yi si n t r o d u c e dt oc a l c u l a t et h er e dc l a yc o n s o l i d a t i o n l a s t ， f o r mm e c h a n i s m ，c o n d i t i o n ，e f f e c t i n gf a c t o ra n dc h a r a c t e r i s t i co ft h ec r a c ko f r e dc l a yi sa n a l y z e t h ef o r c eo fc r a c kt ot h ef o u n d a t i o ni sc a l c u l a t eb yu s eo f u n s a t u r a t e ds o i l sm e c h a n i c s i nc h a p t e rf i v e ，t h ec l a s s i ct h e o r yo fu t m o s tb e a r i n g c a p a c i t yi s i n t r o d u c e t h ea v e r a g ep a r a m e t e ro fr e dc l a ya n dt h ea n s y s s o a r ei su s et os i m u l a t et h eb e a r i n gc a p a c i t yo fr e dc l a y t h ee f f e c to f m o d u l u so fe l a s t i c i t y , p o i s s o n sr a t i o ，f r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n dd i l a t a n c ya n g l eo n b e a r i n gc a p a c i t yi sa n a l y z e b yu s eo ft h i sa n a l y s i st h ed i s a d v a n t a g eo fc l a s s i c t h e o r yi se v a l u a t e a n dv e r t i c a ls t r e s sc h a n g ei nt h ef o r c ep r o c e s si ss h o w t h e e n do f p a p e ri st h ec o n c l u s i o na n ds u g g e s t i o n k e yw o r d s ：r e dc l a y ；c l a s s i f i c a t i o n & d i f f e r e n t i a t i o n ；d e f o r m a t i o n ； b e a r i n gc a p a c i t y 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文 的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含 本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集 体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 学位论文使用授权说明 2 0 0 7 年5 月2 0 日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时自j ： 、口即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此舰定) 论文作者签名：j 巧掰：导师签名：葛锨轧：。，年，月：。日 广西大掌硕士掌位论：j 盱红粘土的若- t 问题研究 1 1 选题依据及研究意义 第一章绪论 红粘土是几种特殊土类之一，主要分布在北纬3 0 。与南纬3 0 。之间的热带与亚热带 地区，我国的红粘土主要分部华南、西南、华东以及华中部分地区，如贵州、广西、云 南、广东以及湖南等省份。大量的工程都涉及到红粘土，红粘土的地质和工程灾害也不 少见，因此很多学者和工程师对这种红粘土进行了较多的研究。我国最早见到有关的研 究是1 9 6 4 年全国第一届土力学及基础工程学术会议上发表的，由高岱、袁阮、余培厚撰 写的论文 一1 7 或e 主要为玄武岩，兼有碳酸盐、花岗岩等残积、坡积及冲洪积 土 1 o ：1 7 一 i p 2 0 粘土等经强烈脱硅富铝铁红土化作用发育形成的红土，工程 红 力学性能优于红粘七。 土红土 残积、坡积土；e 具有红粘十的某些特性，但i f 1 7 ；主要由花岗岩等发育而 1 0 ；印 1 7 成，脱硅率稍低，其工程力学性能优于类红牯士。 残坡积、冲洪积土；主要为花岗岩、砂岩、粉砂岩、冲洪积土等经脱硅富铝铁红 类红土 e 1 o ：i f 1 7 土化作用发育而生成的红土，其工程力学行为优于红土。 胀缩性以上各类土中自由 各类红土中含有一定量蒙脱石类膨胀性矿物( 蒙脱石含量不 超过l o ，或风干含水量小于8 ) ，其胀缩性对工程的危害 红粘土 膨胀率大于4 0 已不容忽视。 膨红土化 具明显的红土化特征，但蒙脱石类膨胀性矿物含量较高( 一 胀膨胀土 自由膨胀率大于6 0 般超过1 5 ，或风干含水量大于8 ) 。 土 膨胀土自由膨胀率大于4 0具有明显的膨胀土特性，无明显红土化特征。 3 2 红粘土与膨胀土的区别 红粘土是一种区域性特殊土，有其明确的定义，然而一部分红粘土，如胀缩性红粘 土，一直以来按膨胀土来处理。胀缩性红粘土确实与膨胀土在工程性质上相似，但胀缩 性红粘土在物质成分、结构构造、物理化学性质、物理力学性质以及对工程的破坏作用 等方面与膨胀土有明显的区别，见表3 3 ，来源于文献 3 4 ；表3 4 ，来源于文献 1 9 。 1 7 广西大掣q 曩士掌位论文 关于红粘土的若干问题研究 表3 3 红粘土与膨胀土区别1 3 4 i 1 1 a b i e 3 3d i f f e r e n c eb e t w e e nr c dc l a ya n de x p a n s i v es o i l f 3 4 l 土类 天然含水量天然容晕十容蕈 比重扎隙比饱和度液限 塑限 塑性指数 w y k s m y 以n l l gs r ，断w p 巾 e 盘港红枯十4 7 41 6 5 61 12 327 614 09 351 2 5 94 73 7 & 6 荆门弱膨胀十 2 41 9 3 11 55 72 7 407 29 134 3 42 3 0 2 0 4 荆门中膨胀十 船41 90 11 4 27 50 8 2弱16 2 82 6 23 6 6 b 1 液塑限的测定分别采取7 6 9 锥八土17 姗与2 m 作为标准 土类自由膨收缩体缩缩限先期同压缩直接快剪同结快剪无侧限 胀率系数率 _ 结压力系数轱聚内摩粘聚内摩抗压强 枘g p a - i 力 p a擦角力玳p a擦角 度，k p a f ( )，( ) 责港红粘土 4 9 0 0 26 ，32 3 ，1 2 加 0 ，2 1 8 5 92 0 15 2 4 2 0 5 2 强4 荆门弱膨胀土4 202 67 。58 8抛0 3 05 0 52 6 32 8 32 7 5 1 5 荆门中膨胀土 7 50 4 42 2 41 1 81 0 2 83 6 81 073 4 81 7 21 9 c ) 土类颗粒组成惕矿物组成戌 5 f a 2 “- 1 f r o石 长蛭石与蒙脱蛭伊利高岭针铁 三永 英 石 石混层 石石石矿铝石 贵阳红粘土6 2 05 8 05 3 00 o03 21 14 11 08 贵港红粘土6 2 06 1o5 9 030 0 6 07 41 70 荆门弱膨胀士3 4 81 2 04 0699 2 7 9o0 荆门中膨胀土 4 0 5挖6筠23 2o2 91 200 表3 4 红粘土与膨胀土比较1 1 砚 t a b l e 3 - 4t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nr e dc l a ya n de x p a n s i v es o i l 1 9 】 土样含水天然容比重g孔隙比液限塑性指粒度组成惕自由膨 率薯 重i ( n r数 胀率 5 m 2 1 , - l m 红粘十# 15 9 31 6 52 7 716 79 0 14 8 35 6 55 104 7 0 7 8 红粘十# 25 9 61 6 82 7 917 3船14 7 36 2 05 8 05 3 0 7 9 膨胀十# 12 4 82 0 3 27 5 0 6 75 5 52 7 42 81 81 3 7 8 膨胀 # 2 3 08 1 9 327 508 4 63 462 81 81 31 0 1 膨撇 # 3 3 3 11 8 727 109 37 9 6柏56 14 63 7 1 4 5 b 1 i 土样矿物组成届游离瓴化物佴刚离子交换壁 比裹血积 蒙脱石蒙一伊伊利石蛭杠，岛岭石水铝石石英其他 f es ia 1 = e ( 1 0 0 9 ) 意g i l 红枯t # 1 0o63 54 27001 0 2 8 72 2 2 5 1 8 广西大掌硕士掌位论文关于红粘土的若干问题研究 红籼十# 2o01 13 23 98001 02 0 02 1 9 3 膨胀 # 1 02 93 l0003 033 2 12 5 3 6 膨胀十# 2 03 l3 401 002 413 45 1 3 8 3 9 03 1 0 0 膨胀十# 35 401 8 080 2 002 95 22 15 0 64 6 3 6 膨胀土地区建筑技术规范( g b j l l 2 - 8 7 ) 中对膨胀土定义为：膨胀土应是土中粘 粒成份主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的秸 性土。廖世文对膨胀土定义为：膨胀土主要是由强亲水性粘土矿物成分蒙脱石和伊 利石组成的，具有膨胀结构，以及多裂隙性、强胀缩性和强度衰减性的高塑性粘性土。 两种定义都强调了对水十分敏感的、具活动性晶格的蒙脱石和伊利石，红粘土中这两者 明显较膨胀土少，虽然也含有活动性晶格的矿物蛭石，但其在自然环境中对水并不 敏感。红粘土的膨胀性主要其所含的大量小于l p m 的胶粒，且红粘土中游离氧化铁起 着一定的抑制膨胀作用。 在胀缩性这一点上，红粘土以收缩变形为主的特性及主要造成收缩破坏的特点，和 典型的膨胀土相比更有显著的区别，许多的轻型建筑的破坏是因红粘土的失水收缩造成 拉裂性破坏所致。如图3 l ，图中w 为含水率，6 。、6 s 1 分别线膨胀率和线收缩率。 。6 ， 。酞。 ”4 l 。 ( i 弋： 一 、 。 一6 w 图3 1 - 与6 ，6s l 关系图p f i 9 3 1r e l a t i o no f wa n d6 d o ，5 s l 嗍 3 3 红粘土与膨胀土的判别 3 3 1 方法简述 在膨胀土的判别方法中，有规范判别分类法、最大胀缩性指标分类法、塑性图判别 与分类法、风干含水量法、多指标综合判别分类法、多指标数学判别分类法等。多指标 1 9 j - - 西大学硕士掌位论文j 子匀描土的若干问噩研究 数学判别分类法中有模糊数学法、灰色理论法、神经网络理论法、可拓学理论法等。尽 管单一或双指标法分类方法具有简单、便于工程应用的优点，但出于特殊土胀缩性影响 因素多且复杂，各因素之日j 也存在一定的相关关系，因此多因素的综合评判方法得到广 泛的认可，其中尤以模糊数学法和灰色理论法的研究较多。 模糊数学是研究和处理模糊现象的数学方法，所研究的对象与对象之间的关系具有 模糊性。由于红粘土与膨胀土的特性一些相似，所以使用模糊数学来判别两者的区别有 其优越性。而模糊数学在膨胀土分类上的应用也证明了其适用性。因此这里使用了模糊 模式识别来判别红粘土和膨胀土。 3 3 2 模糊模型识别简述 ( 1 ) 定义。设给定论域u ，u 至u o ，1 】闭区问的任一映射t 。 儿：泸 0 ，1 “一u j 例 都确定u 的一个模糊子集a ，儿称为模糊子集的隶属函数，u 。称为“对彳的隶属度， 也可记为a 倒。最主要也是最常见的一种隶属函数分布为正态分布，表示为 ，j 叫l 俐= p l4j ，a 为样本均值，o 为样本标准差。 ( 2 ) 设论域c ，上有疗个模糊子集a i ，a2 ，a 。，即a = ( a i ，a2 ，a 。) 。a ，中又有 m 个元素，即彳爿a 。l ，ai 2 ，a 曲，构成了一个标准模型库，对任一元素集 x 2 0 t 她，- 川，则j 对模糊向量集g ，的隶属度为璺如沪会彳”( x j ) ；若g 如) = 苫冬( _ ) ， 则认为x 相对隶属于a i ，即最大隶属度原则。式中v 为上限值或最大值， 为下限值 或最小值。x 对模糊向量集g t 的隶属度也可以定义为g 2 击喜冬( _ ) ，这实际上是 一个较为简单的模糊综合评价法，即假定各指标的权重为l ：1 ：1 。 广西大学硕士掌位论文j 睁红粘土的若干问题研究 3 3 3 红粘土和膨胀土识别 ( 1 ) 收集红粘土和膨胀土的数据，建立论域u 上的标准模型库a = ( a l ，a2 ，a 。) ， a 爿a m a 2 , ，a 。) 。在指标的选择上依掘两类土的区别、是否反映土质特征，以及指 标测试的简易性。因为限于所能够收集到的数据，这罩取液限、孔隙比和塑性指数来判 别，如表3 5 所示。 表3 5 判别标准数据 t 曲l e 3 5s t a n d a r dd a t ao f c l a s s i f l c a t i o n 土类液限塑性指数 孔隙比 均值方差均值方差均值方差 红枯士 6 9 56 3 43 2 64 7 51 2 0 80 0 5 2 膨胀土5 7 2 5 7 8 2 8 5 4 4 0 30 9 7 9 0 0 4 4 选取文献 4 3 】中土样的指标值，列于表3 - - 6 中。取正态分布的隶属函数f 似= p l 4 a j ， f 卜l 计算出各指标的隶属度。如下表3 7 。 表3 6 粘土数据i 3 i t a b l e 3 - 6d a t ao f c l a y l 4 3 1 指标 l23 4 567891 0 1 1 液限 6 25 5 6 2 5 97 36 76 2 6 9 8 07 95 7 塑性指数 2 42 93 32 93 42 62 72 93 63 72 7 孔隙比 i o li 0 5o 9 80 9 9i j 5 j _ 2 3 i 2 8l _ 3 6i 1 51 1 31 1 3 表3 7 判别计算 t a b l e 3 7c a l c u l a t i o no f c l a s s i f i c a t i o n 土样 粘土类 i 1 善m 冬( x ，) 判别 编号型 隶属度a f 向j 盒a , j ( _ )二芒一( _ ) 判别 红枯士0 4 1 2 ，0 1 0 3 。0 4 7 00 1 0 30 3 2 9 10 5 9 9膨膨 膨胀七0 6 7 1 ，0 5 9 9 ，0 9 7 80 5 9 90 7 4 9 红枯七 0 0 3 6 ，0 6 7 2 ，0 6 1 90 0 3 60 4 4 2 20 8 9 2 膨膨 膨胀七0 9 1 9 ，0 9 9 5 ，0 8 9 20 ，8 9 2 0 9 3 5 红粘十0 4 1 2 ，0 9 9 5 ，0 3 6 80 3 6 80 5 9 2 3o 6 1 0膨膨 膨胀十0 6 7 2 ，0 6 1 0 ，0 9 9 90 6 1 00 7 6 0 红粘十 o 1 7 6 0 6 7 2 ，0 4 0 1o 1 7 60 4 1 6 40 9 4 6 膨 膨 膨胀十0 9 4 6 ，0 9 9 5 ，0 9 9 7 0 9 4 60 9 7 9 红枯十 0 8 2 4 ，0 9 4 2 ，0 9 3 70 8 2 40 9 0 l 50 8 2 4膨膨 膨胀土 0 0 1 3 ，0 4 7 7 ，0 5 1 50 0 1 30 3 3 5 红枯十 0 9 0 6 ，0 2 6 3 ，0 4 5 60 2 6 30 5 4 2 6 0 ，2 6 3红 红 膨胀十0 18 9 ，0 8 5 2 ，0 2 3 9 0 1 8 90 4 2 7 广西大掌硕士学位论文岩骨由骷土的若于问题研究 红粘十 0 4 1 2 ，0 3 8 2 ，0 9 0 5o 3 8 2 0 5 6 6 70 3 8 2 红膨 膨胀十 0 6 7 2 ，0 9 4 3 ，0 1 2 8o 1 2 8 0 5 8 l 红粘十0 9 9 6 0 ，6 7 2 ，0 6 4 10 6 4 l0 7 6 9 8 0 6 4 l红红 膨胀十 0 0 8 9 ，0 9 9 5 ，0 1 6 30 0 8 90 4 1 6 红牯十0 1 5 5 0 7 0 1 ，0 9 3 70 1 5 50 5 9 6 90 1 5 5红红 膨胀十 0 0 0 0 ，0 2 5 i ，0 5 1 50 0 0 00 2 5 5 红枯十 0 ，2 4 1 ，o 5 5 2 ，0 8 8 90 2 4 l o 5 6 1 1 0o 2 4 l 红 红 膨胀十0 0 0 0 0 1 6 9 ，0 5 9 6 0 0 0 0 0 2 5 5 红枯t0 ，0 8 5 ，0 3 8 2 ，0 8 8 90 0 8 50 4 5 2 1 l 0 5 9 6膨膨 膨胀七1 0 0 0 0 9 4 3 ，0 5 9 60 5 9 60 8 4 6 以上的计算结果与文献【4 3 】中使用的模糊聚类分析法的结果基本吻合，只有在隶属 d 度定义为二以( x ，) 的算法中的土样7 有所差别，但两种土的隶属度的差别很小，说 册百j 。 明该算法有综合各指标来进行判定的优点，但也会有区别不明显的缺点。原因估计一是 判别指标较少，二是指标权重确定较简单。总的来说，使用模糊数学的判别方法来判别 两类特殊土具有综合评价判定的优点，能够有效的区分土类，有着较好的可靠性。由于 数据的有限，红粘土与膨胀土的一些重要区别指标并没有用来进行计算，在今后需要大 量的收集这些数据，以建立更全面的标准库，特别是各地方的标准库。同时通过实际的 工程经验和专家经验来确定指标之间的权重比，以之来更准确、更有效的进行土类判别。 g - 酉大掌司l 士掌位论文j 盱缸粘土的若干问皿研究 第四章红粘土变形 4 1 影响红粘土变形的因素 红粘土地基上的构筑物是否破坏，红粘土的胀缩变形量起着直接的作用。影响红粘 土的红粘土地基胀缩变形的主要因素有： l 、红粘土的起始含水量和变形特点。前面已经介绍了红粘土以收缩变形为主的特 点，原因为红粘土高天然含水量、高饱和度及高的孔隙比，失水越多、孔隙比变化越大， 自然收缩幅度越大。反之，当红粘土有较大的失水后，有充足的水源时也能产生较大的 吸水膨胀变形。 部分的红粘土横向胀缩能力较强，在失水的情况下，横向收缩量比较大时，就容易 产生地裂。广西武宣的红粘土横向胀缩能力比竖向胀缩能力要高4 倍，1 9 6 3 1 9 6 4 年广 西特大干旱期间，该地的地裂发育最为普遍且严重。 2 、气候条件。地基土的湿度状态稳定与否及其可能变化的幅度，在无其他外来水 源时，基本上决定于大气降水和蒸发两者。由于南方雨季、旱季分明，且历时较长的雨 水渗透和蒸发，雨季时降水量大大超过蒸发量，而旱季则刚好相反。因此，胀缩性红粘 土地基的胀缩变形随季节性的气候变化明显，而且降雨量和蒸发量越不平衡，地基土的 胀缩变形量越大。地基土的湿度平衡可用下式表示： w = p ( 1 一a 卜l 一( e s + d( 4 - 1 ) 式中w 一地基土的湿度变化量；p 一大气降水量：a 地表径流系数；i ，一由 地下水通过毛细作用补给地基的水量；e s - 一地基土的蒸发量；卜植被的蒸腾量。 3 、地形地貌条件。胀缩性红粘土分布地区多位各种岩溶盆地、岩溶谷地和有一定 起伏的岩溶淮平原。建在不同地形地貌单元上的建筑物遭到胀缩变形破坏的程度是不同 的，总的来说，胀缩性红粘土地区坡地上的建筑物较平坦场地上的建筑物更容易发生收 缩破坏，且破坏要严重得多。主要的原因有：( 1 ) 坡地土体因临空面大，受多向蒸发的 影响，具有多向失水性，因而在坡腰和坡顶地带的含水量变化剧烈。( 2 ) 临坡土体不仅 发生垂直变形，而且还有较大的水平位移，且水平位移也随着距坡肩距离的减小而增大。 水平位移的产生，加剧了坡地建筑地基的变形及变形的不均匀性。( 3 ) 坡地地基土的不 均匀性。 4 、水文地质条件。地下水的类型、埋藏条件及其运动形式和规律等，都直接影响 广西大掌硕士掌位论文j 盱由l 粘土的若干问题研究 着地基土的湿度状态，进而影响地基的胀缩变形。 5 、地面覆盖条件。研究表明，建筑物的覆盖作用破坏了场地中原来的水分平衡。 在新的边界条件下，地基中水分重新迁移和积聚的结果，在覆盖的中心部位形成了一个 高含水量的保湿区，建筑物周边部位土中含水量则随气候变化而周期性的波动。因此， 在地形较为平坦，工程地质和水文地质比较简单的情况下，建筑物的覆盖作用是导致建 筑物室内外含水量变化不一的主要原因。 6 、局部热源对地基胀缩变形也有较大的影响，在未隔离的建筑物中如果有热流迅 速地流迸或流出，也会使土体的湿度发生惊人的变化。 4 2 红粘土活动层深度确定 活动层深度是指自然气候条件对土层湿度的影响深度，该深度受当地气候变化及变 化持续的时间、地基土的工程地质条件和土体结构所控制。活动层深度对于浅基础设计、 土边坡稳定性设计及病害处理的重要依据之一。 1 、规范确定。气候影响深度，应当由该地区土的深层变形观测或含水量观测及低 温观测资料确定时，其值才确定，但实际上很难办到。 膨胀土地区建筑技术规范 ( g b j l l 2 8 7 ) 及膨胀土地区营房建筑技术规范( g j b 2 1 9 9 1 9 9 4 ) 均将大气影响深 度与湿度系数1 l r ，直接联系起来，由该地区的湿度系数确定其大气影响深度。湿度系数1 l r 是指在自然气候影响下，地表下1 m 处土层天然含水量可能达到的最小值与其塑限含水量 之比。膨胀土地区建筑技术规范和膨胀土地区营房建筑技术规范中均规定：1 i f 值应根据当地l o 年以上土的含水量变化与有关气象资料统计求出，无该资料时可以按下 式计算： 1 p 。= 1 1 5 2 0 7 2 6a 一0 0 0 1 0 7 c4 2 式中：a 当地9 月至次年2 月蒸发力之和与全年蒸发力之比值：c 全年中蒸发力 大于降水量月份的水分亏缺量总和( 嗍) 。 但是，湿度系数仅是影响大气影响深度的一个气候因素，土的性质以及地形地貌等 也会产生影响。仅以湿度系数来确定大气影响深度，在某些地区就会出现与实际情况不 符的现象。例如广西百色其湿度系数按膨胀土地区建筑技术舰范确定为0 8 0 6 ，所 确定影响深度为3 5 0 i i l ；按膨胀土地区营房建筑技术规范确定为0 6 7 ，所确定的大 气影响深度为4 3 m ，而实际调查百色的大气影响深度为5 o o m 。对于不符合的情况，膨 g - 西大掌硕士掌位论文 岩盱红粘土的若干问噩研究 胀土地区营房建筑技术舰范作了补充规定：当由湿度系数确定的大气影响深度值与本 地经验值出现显著差异时，应以当地经验为准。 2 、f l ：t m i t c h e l l 公式删计算。土吸力是指当纯水与土中水通过半透膜相平衡时，土中 水在大气压作用下产生的负孔隙水压力，负孔隙水压力使土粒之间产生水分的吸持力。 它表示土对水的亲和能力，土吸力是含水量的函数，由土的毛细性、吸附性及孔隙水中溶 质的渗透性产生，主要受土的物质成分、结构特征控制，同时与土的孔隙介质性质、含水 状态和上覆压力也有密切关系。m i t c h e l l ( 1 9 7 9 ) 导出了土吸力值随气候循环变化的一维 微分方程的解析解： 即m 。s 薏e x 卜( s ( z ) 为土吸力随深度的函数( p f ) ，l k p a = o 1 i o p f ：s e 为活动带深度以下的平衡 土吸力( p f ) ，即吸力变化缓慢，保持稳定时的吸力；s o 为土吸力的最大变幅，即吸力最 大值减吸力稳定值；n 为气候变化的频率，m c k e e n ( 1 9 9 0 ) 认为频数1 3 的取值介于0 5 1 5 之间。气候干燥地区n 取下限，气候湿润地区n 取上限；z a 为活动层深度( m ) ；d l l 为扩散 系( c m 2 s 1 ) 。扩散系数d h 定义为渗透系数k ( u ) 和比水容量c ( 。) 的比值，即k ( o ) ，c ( 6 0 ) ； 比水容量为土水特征曲线斜率的倒数，即单位吸力的变化引起的含水量变化，c ( 。户 由式4 - 3 ，令z = o ，即处于地表面，此时s ( z ) = s ( o ) = s o ，则式4 3 变为： 弘h 。& 2 一s 。i 倩 州 该方法要确定土水特征曲线和吸力沿深度的变化，由于吸力的测定比较复杂，因此 该方法不是方便使用，也难于推广。 3 、由士体开裂计算深度确定。土体中裂缝开裂的深度是上部大气、气候和下部水 分运动、地下水位变化的共同作用，所以可以认为土体的开裂深度近似为土体的活动层 深度。f r e d l u n d 认为对各向同性和线弹性的非饱和土，主应变可根据弹性理论得到，如 下式4 5 ： 广西大掌硕士掌位论文关于红粘土的若干问题研究 铲罕一量p 声：也。) + 芋 s ，= 竿一善p 一：也。) + 等 t s 铲罕一盖h + o y - - z ) + 警 日是与吸力0 。一“。) 有关的弹性常数；y 是泊松比；e 是弹性模量。k o 条件下在 干燥裂缝的底端有毛= q = 0 ，则式4 5 的i j 两式为： 将式4 6 中的两式合并，可得： 旷铲击p ：强) 一南g 。飞) 非饱和土的广义抗拉强度为： 一c c + 0 。一“。) t a n 矿6 o t t a n 妒 = 孝一 4 6 4 - 7 4 8 c 7 和矿为饱和土的有效强度参数，矿为与吸力有关的内摩擦角。令q 一“。= 0 - i ， 则有： o z 心= 字南+ 【半茜+ 言卜。飞) a 一。 叫a2 了可+ 【厂苗+ 西p a 叫j 4 。9 对吸力沿深度的变化作线性的简化，如图4 一l 所示。采用变量兀使孔隙水压力能够 用静水压力的百分比表示，l 大于1 o 表示孔隙水压力大于静水压力，见图4 1 。土中 任意深度z 处的基质吸力可以写成： 0 。一“。) 二= 六矶g 伪一：) 均质土层中任意深度z 处的净怪向应力可以写成： ( 盯：一“。) = pgz 4 1 0 4 一l l p 为土层密度，因为假设为均质土层，故为定值。将式4 一l o 和式4 1l 代入式4 9 ， 、，、j 一 一 k k e h e 一日 + + 、，、j 一 一 巳 吒 + + 一 一 h h y y = i i 一 一 f y 旧 旧， r - 西大掌硕士学位论文d 睁虹牯土的若干问【研究 可得： 毳 置力 尚鼍一 淼 上zh 每地下水位牛曩， 镌挣泰量力势蓐 慧节承 p 赫 图4 - i 基质吸力变化简图l 叫 f i 9 4 1c o n t r i b u t i o no f i d e a l i z e dm a t f i es u c t i o n t 4 9 1 脬= 字南+ ( 半茜+ 告b 舡z )脬2 了丽+ 【了亩+