【《非饱和土的力学特性研究国内外文献综述》3300字】

非饱和土的力学特性研究国内外文献综述1.1非饱和土的试验研究认识非饱和土的基本力学特性也是需要从基本的土力学试验入手的。而非饱和土中基质吸力的存在是非饱和土试验需要考虑的重要因素。众多学者通过在固结仪、直剪仪、常规三轴仪上通过控制或量测孔隙水压力或孔隙气压力的的方法来研究基质吸力对非饱和土力学特性的影响，也有少数的学者通过真三轴仪对基质吸力对非饱和土力学特性的影响进行了研究。国内外在非饱和土固结仪上进行非饱和土相关特性有不少的研究。比如，Rahardjo和Fredlund[89]设计了一套用于K0条件下的非饱和土固结试验装置，进行了常含水率下、净总应力下、等吸力下的三种固结试验，并量测了三种固结试验孔隙气压力和孔隙水压力，揭示了非饱和土的孔隙水压力和体积变化规律。Jotisankasa[90]等利用一种吸力监测的固结试验仪研究了压实黏土的坍塌行为。试验中持续监测吸力变化，并验证了从加载路径和增湿路径确定的荷载-坍塌面的唯一性，且根据试验结果，并提出了弹塑性框架屈服面新的数学形式。陈正汉2004年研制了国内的第一台非饱和土固结仪[91]，国内很多非饱和土固结试验的研究[43][45][92][93]都是利用该仪器进行的，国内外在非饱和土直剪仪上进行非饱和土相关特性也有不少的研究。比如，Ng等[20]对重塑黄土和原状黄土进行了直接剪切试验，为了研究高吸力条件下非饱和黄土微观结构变化对其剪胀性的影响，得的增强剪胀的增强主要归因于干燥诱导的高吸力。Hossain和Yin[94]在不同基质吸力和净法向应力条件下，对花岗岩土(CDG)土进行了控制吸力的固结排水直剪试验。试验结果表明，吸力对土体抗剪强度的贡献是显著的。詹良通和吴宏伟[95]利用非饱和土直剪仪对非饱和膨胀土进行了控制吸力的剪切试验，试验结果表明膨胀势随吸力增加而增大。申春妮[96]利用四联的非饱和土直剪仪研究了非饱和黄土的强度特性，试验结果表明,内摩擦角随基质吸力的变化较小，凝聚力随基质吸力线性增加。国内外利用三轴仪进行非饱和土相关力学特性的研究是最为广泛的。比如，Sun等[46]利用吸力控制的非饱和土三轴仪对压实黏土进行了三轴试验，研究了应力状态、含水量、孔隙比和基质吸力对其坍塌行为的影响。Handoko等[97]研制了一种吸力控制的三轴仪，针对该装置的性能进行了一系列非饱和土干湿路径下的多级试验研究，讨论了非饱和土的水力学和力学性质。Patil[21]等压实粉质砂土进行了控制吸力的固结排水三轴试验，试验结果表明随着吸力的增加，峰值破坏条件下试验土的脆性逐渐增大，破坏后土体的应变软化逐渐明显。高帅等[98]，孙文静等[99]，杨凌云等[100]，陈存礼等[101]等人利用非饱和土三轴仪对不同的的土类进行了常含水率的三轴试验，分析研究了变形特性、吸力变化等特性。张登飞等[102]、孙德安等[103]、王欢[104]、高登辉等[105]等人对不同的土类进行了控制吸力的三轴剪切试验，研究了基质吸力对土体强度和变形特性的影响。以上对于非饱和土基质吸力特性的众多研究都是限于固结试验、直剪试验、常规三轴试验，在静力的、一维的、轴对称的限制的应力加载路径下进行非饱和土力学特性的研究，在此方面学者们已经做了大量的工作。国外也有少数学者在真三轴复杂应力路径下进行了非饱和土基质吸力特性的研究，比如Matsuoka等[106]在一个全刚性边界类型的控制吸力真三轴仪上对非饱和粉质砂土进行了控制吸力s=59kPa和控制净平均应力p=98kPa，采用基于扩展SMP准则和特殊硬化参数的应力应变弹塑性较好地模拟了非饱和粉质砂土在三维应力下的应力-应变-强度特性，由于仪器所能控制的吸力路径和应力路径有限，只进行了一个净平均应力和一个吸力下的试验。Macari和Hoyos等[107][108]在一个五向柔性一向刚性的混合边界类型的控制吸力真三轴仪上对粘质砂土进行了控制吸力的真三轴剪切试验，但是只进行了中主应力参数b=0，b=0.5，b=1这三种特殊值下的试验，并进行了弹塑性模型的验证。国内也有许多学者在真三轴上进行许多相关的试验研究，比如陈菲等[109]研究了黄土在真三轴条件下的屈服特性，许萍等[110]研究利用真三轴试验研究了黄土的各向异性，还有赵锡宏等[111]研究了软土的真三轴剪切特性，陈驰等[112]在真三轴仪上研究了软土的各向异性弹塑性模型，但是这些研究都未考虑到非饱和中基质吸力的特性，方瑾瑾等[113]在真三轴仪上对黄土进行了常含水率的试验来研究了真三轴剪切过程中基质吸力的变化，但是由于当时仪器的限制，并未进行控制吸力的真三轴剪切试验。因而在国内对于非饱和土控制吸力的真三轴剪切试验方面的研究是比较缺乏的。1.2非饱和土的强度理论公式对于饱和土，其抗剪强度通常用Mohr-Coulumb准则来描述，该准则根据材料变量和有效应力来定义抗剪强度。(1-16)式中：表示剪切强度；表示有效黏聚力；表示有效内摩擦角；表示土体破坏时破坏面上的有效法向应力。非饱和土的抗剪强度理论公式仍是以Mohr-Coulumb准则为基础建立的，广泛采用的主要分别以Bishop和Fredlund表达式为代表。Bishop等[114]引入了孔隙空气压力ua、孔隙水压力uw和有效应力参数，对有效应力进行了修正:(1-17)以Bishop有效应力建立的表达式：(1-18)Fredlund等[115]利用独立应力状态变量和（）建立了非饱和土抗剪强度的方程如下:(1-19)式中：表示吸附内摩擦角。在Bishop表达式的基础中，对于值的选取是关键。基于此，众多学者在此基础上进行了研究。Oberg[116]对粉土和砂土的试验结果进行分析，提出利用饱和度来代替值：(1-20)Khalili和Khabbaz[117]则通过不同土类的试验结果拟合得到的表达式：(1-21)式中：为进气值。Tarantino[118]和Alonso等[119]采用扣除微观孔隙水饱和度的方法来预测值：(1-22)对于Fredlund表达式中的吸附内摩擦角项，。学者们也从不同的角度进行了研究。Parashar[120]等利用非饱和土和饱和土的三轴试验得到的总强度和有效强度的差值来求公式中的吸附内摩擦角：(1-23)式中：为非饱和土不固结不排水得到总强度；为饱和土固结排水得到的有效强度。Fredlund[121]利用饱和度的k次方来代替项，吸力对非饱和土强度的贡献项为：(1-24)Tekinsoy等[122]提出了的预测公式：(1-25)式中：为大气压，s为基质吸力。沈珠江等[123]，胡再强等[47]，缪林昌等[124]都提出了类似的预测公式。以上学者们基于不同的角度在非饱和强度公式中考虑了基质吸力的影响，可见基质吸力对非饱和土强度特性研究的重要性，但是在这些考虑中也并未考虑到不同中主应力条件的影响。参考文献谢定义,邢义川.黄土土力学[M].高等教育出版社,2016.ZárateMA.Loessrecords|SouthAmerica[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013,26(6):629-641.PorterSC.Loessrecords|China[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013:595-605RousseauDD,DerbyshireE,AntoineP,etal.Loessrecords|Europe[J].EncyclopediaofQuaternaryScience,2013:606-619.刘祖典.黄土力学与工程[M].陕西科学技术出版社,1997.SunJM.ProvenanceofloessmaterialandformationofloessdepositsontheChineseLoessPlateau[J].EarthandPlanetaryScienceLetters,2002,203(3):845-859.包承纲,詹良通.非饱和土性状及其与工程问题的联系[C]//全国非饱和土学术研讨会.中国土木工程学会,2005.王飞,李国玉,穆彦虎,等.干湿循环作用下压实黄土湿陷特性试验研究[J].冰川冻土,2016,38(2):416-423.陈正汉,郭楠.非饱和土与特殊土力学及工程应用研究的新进展[J].岩土力学,2019,40(1):8-61.LuN,LikosWJ.UnsaturatedSoilMechanics[M].Hobokin:JohnWiley&Sons,2004.（中译本:非饱和土力学[M].韦昌富,侯龙,简文星,译.北京:高等教育出版社,2012.）LiP,VanapalliS,LiTL.Reviewofcollapsetriggeringmechanismofcollapsiblesoilsduetowetting[J].JournalofRockMechanicsandGeotechnicalEngineering,2016,8(2):256-274,XingYC,GaoDH,JinSL,etal.Studyonmechanicalbehaviorsofunsaturatedloessintermsofmoisteninglevel[J].KSCEJournalofCivilEngineering,2019,23(3):1055-1063廖红建,李涛,彭建兵.高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究[J].岩土力学,2011,32(7):24-29.周杨,刘果果,白兰英,等.降雨诱发黄土边坡失稳室内试验研究[J].武汉大学学报(工学版),2016,49(6):838-843.KimD,KangSS.Engineeringpropertiesofcompactedloessesasconstructionmaterials[J].KSCEJournalofCivilEngineering,2013,17(2):335-341.TanTK.FundamentalpropertiesofloessfromnorthwesternChina[J].EngineeringGeology,1988,25(2-4):103-122.杨晶,王林浩,马富丽,等.黄土压实质量控制指标的科学性和合理性研究[J].地下空间与工程学报,2012,8(5):1021-1025.殷鹤,黄雪峰,李旭东,等.延安新区回填压实黄土压缩变形与湿陷特性[J].后勤工程学院学报,2016,32(3):26-32.LuoH,WuFQ,ChangJY,etal.MicrostructuralconstraintsongeotechnicalpropertiesofMalanloess:AcasestudyfromZhaojiaanlandslideinShaanxiprovince,China.EngineeringGeology,2018,236(26):60-69.NgCWW,SadeghiH,JafarzadehF.Compressionandshearstrengthcharacteristicsofcompactedloessathighsuctions.GeotechnicalTestingJournal,2017,54(5):690-699.PatilUD,PuppalaAJ,HoyosLR,etal.Modelingcritical-stateshearstrengthbehaviorofcompactedsiltysandviasuction-controlledtriaxialtesting.EngineeringGeology2017,231(14):21-33.AbdIA,FattahMY,MekkiyahH.Relationshipbetweenthematricsuctionandtheshearstrengthinunsaturatedsoil[J]