韓愛(ài)民　李　彤　徐洪鐘

( 南京工業(yè)大學(xué)，巖土工程研究所南京210009)

脫濕狀態(tài)下南京下蜀土的土水-力學(xué)特性*

韓愛(ài)民李彤徐洪鐘

( 南京工業(yè)大學(xué)，巖土工程研究所南京210009)

摘要用經(jīng)改造的GDS非飽和土三軸儀測(cè)得下蜀土在不同凈圍壓下的變形特性和持水特性，并以van Genuchten模型對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果為基礎(chǔ)，分析了凈圍壓對(duì)下蜀土吸力應(yīng)力特征曲線的影響，全面系統(tǒng)地研究了脫濕狀態(tài)下南京下蜀土的土水-力學(xué)特性。研究表明，下蜀土的變形特性受凈圍壓與基質(zhì)吸力影響，基質(zhì)吸力越高，下蜀土的壓縮性越低，可以用二元指數(shù)函數(shù)本構(gòu)模型分析孔隙比與應(yīng)力狀態(tài)變量間的關(guān)系。凈圍壓使下蜀土持水能力增強(qiáng)，凈圍壓與進(jìn)氣值呈冪函數(shù)關(guān)系。土的壓縮性越高，凈圍壓對(duì)其持水特性的影響越顯著； 隨著凈圍壓的增大，下蜀土孔隙比趨同，凈圍壓對(duì)持水特性的影響逐漸減弱。外部荷載對(duì)下蜀土吸力應(yīng)力特征曲線的影響是分段的，在邊界效應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)，凈圍壓增大時(shí)，吸力應(yīng)力特征曲線間的差異逐漸減?。?在過(guò)渡區(qū)范圍內(nèi)，吸力應(yīng)力隨狀態(tài)變量變化的快慢程度不受外部荷載影響。根據(jù)雙電層理論分析了高吸力時(shí)吸力應(yīng)力的物理意義與計(jì)算方法，提出以界限有效飽和度作為吸力應(yīng)力函數(shù)的分界點(diǎn)。

關(guān)鍵詞下蜀土凈圍壓壓縮性土水特征曲線吸力應(yīng)力

李彤(1990-)，男，碩士生，主要從事非飽和土方面的研究工作.Email:gnotil80@163.com

Xiashuloess,Netconfiningpressure,Compressibility,Soil-waterretentioncurve,Suctionstress

0引言

下蜀土廣泛分布于長(zhǎng)江中下游的不同高度和不同地貌單元(鄭樂(lè)平等， 2002)，分布區(qū)域經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)、人口比較密集，承受了強(qiáng)度和頻度都比較高的開(kāi)發(fā)利用。自然狀態(tài)下，位于階地的下蜀土有著良好的工程力學(xué)性質(zhì)(韓愛(ài)民等， 2013)，因此，常被作為建筑物、道路的地基加以利用，改良后的下蜀土甚至用作高鐵軌道的路基(孫宏林等， 2004)。由于下蜀土的低壓縮性和低滲透性，亦用作填料或防滲材料(顧凱等， 2011)。在下蜀土邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與加固設(shè)計(jì)方面，也積累了相當(dāng)多的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)。

然而，下蜀土是一種具有雙重工程特性的區(qū)域性土(高國(guó)瑞等， 2005)，我們把自武漢、黃石、九江、安慶、蕪湖至南京、鎮(zhèn)江沿長(zhǎng)江兩岸分布的下蜀土聯(lián)系起來(lái)，發(fā)現(xiàn)這些被山脈和丘陵分割的黏性土有著一些共同特點(diǎn)，即具有基本相同的主要黏土礦物成分(伊利石)和不同程度的脹縮性(Gao， 1998)。正因?yàn)槿绱耍诟蓾駜煞N不同狀態(tài)下，下蜀土的工程性質(zhì)表現(xiàn)出極大的差異性(夏佳等， 2001)，其工程地質(zhì)性質(zhì)受水的影響尤其明顯，其分布地區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害形勢(shì)非常嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南京市共有下蜀土滑坡地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)263處，總面積1281.9km2，其中高易發(fā)區(qū)面積111.5km2。目前，對(duì)土水特征曲線及其相關(guān)性研究多集中于黃土、膨脹土及紅土，對(duì)于原狀下蜀土的土水-力學(xué)特性作用規(guī)律的相關(guān)研究甚少。因此，以南京下蜀土的土水特征曲線量測(cè)為基礎(chǔ)，分析南京下蜀土的土水-力學(xué)特性，對(duì)下蜀土分布地區(qū)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要意義。

土水特征曲線(soil-waterretentioncurve，SWRC)是土中吸力與飽和度或體積含水率之間的非線性關(guān)系曲線，是用于解釋非飽和土水理-力學(xué)性質(zhì)的基本本構(gòu)關(guān)系，被廣泛應(yīng)用于分析與推測(cè)非飽和土的滲透性、體變、強(qiáng)度、吸力應(yīng)力等眾多性質(zhì)。目前常用的土水特征曲線量測(cè)方法，如壓力板儀法、熱敏傳感器法、蒸汽平衡法、滲析法及濾紙法的原理是量測(cè)極限應(yīng)力狀態(tài)下試樣的土水特征曲線，未考慮土體變形、應(yīng)力狀態(tài)對(duì)土水特征曲線的影響； 而天然狀態(tài)下的非飽和下蜀土通常處于非極限應(yīng)力狀態(tài)，且非飽和土的體積變化與持水特性存在力-水耦合效應(yīng)，其力學(xué)與水力學(xué)行為同時(shí)發(fā)生且相互影響(周葆春等， 2015)，導(dǎo)致上述量測(cè)方法在研究原狀下蜀土的土水特征曲線時(shí)存在局限。非飽和土固結(jié)儀可以控制試樣中的豎向應(yīng)力，但無(wú)法測(cè)得試樣中的徑向應(yīng)力； 應(yīng)力式體積壓力板儀(龔壁衛(wèi)等， 2004)與非飽和土三軸儀雖然可以精確控制試樣的應(yīng)力狀態(tài)并量測(cè)試樣體變，但完整試樣體積較大，試驗(yàn)用時(shí)較長(zhǎng)。所以，通過(guò)降低三軸試樣的高度，可以在精確量測(cè)試樣的應(yīng)力狀態(tài)及體變的同時(shí)，有效縮短試驗(yàn)時(shí)間。

所以，作者以原狀下蜀土為研究對(duì)象，開(kāi)展脫濕狀態(tài)下南京下蜀土的土水-力學(xué)特性試驗(yàn)研究。利用GDS非飽和土應(yīng)力路徑三軸儀量測(cè)小體積試樣在不同應(yīng)力狀態(tài)下的基質(zhì)吸力、體積與含水率變化，得到以孔隙比-基質(zhì)吸力-凈圍壓間數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)的土結(jié)構(gòu)本構(gòu)面與等吸力壓縮曲線，分析非飽和下蜀土的非線性力-水耦合效應(yīng)； 同時(shí)，從非飽和土力學(xué)的角度，揭示下蜀土壓縮性存在層間差異這一地質(zhì)現(xiàn)象的力學(xué)本質(zhì)。運(yùn)用vanGenuchten模型對(duì)不同凈圍壓下南京下蜀土的土水特征曲線進(jìn)行擬合，分析進(jìn)氣值隨應(yīng)力狀態(tài)變化的內(nèi)在機(jī)理與兩者間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系； 通過(guò)分析不同凈圍壓下土水特征曲線的客觀差異，解釋隨著凈圍壓的增大，下蜀土持水特性的增強(qiáng)趨勢(shì)漸緩的現(xiàn)象，并進(jìn)一步探討土的壓縮性-凈圍壓-持水特性之間的關(guān)系。以土水特征曲線擬合結(jié)果為基礎(chǔ)，推算不同凈圍壓下的吸力應(yīng)力特征曲線(suction-stresscharacteristiccurve，SSCC)，分析外部荷載對(duì)下蜀土吸力應(yīng)力特征曲線影響的分段性特征； 根據(jù)雙電層理論分析黏粒間電-化學(xué)力與結(jié)合水狀態(tài)的關(guān)系，探討高吸力時(shí)吸力應(yīng)力的物理意義，以及分段型吸力應(yīng)力函數(shù)的計(jì)算方法。通過(guò)一系列試驗(yàn)研究分析，對(duì)下蜀土的土水-力學(xué)特性有了全面系統(tǒng)的新認(rèn)識(shí)，豐富了非飽和土力-水耦合研究成果。

1研究方法及試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)用土基本參數(shù)

本試驗(yàn)以原狀下蜀土為研究對(duì)象。原狀土樣取自南京地鐵三號(hào)線五塘村站北側(cè)幕府山南麓。土樣參數(shù)(表1)。

表1　試驗(yàn)用下蜀土基本參數(shù)

1.2試驗(yàn)原理及設(shè)備

GDS非飽和土應(yīng)力路徑三軸試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括GDSLAB軟件，Bishop&Wesley型三軸壓力室和壓力控制器，壓力控制器測(cè)量水/空氣體積精度為1mm3。通過(guò)對(duì)試樣施加圍壓(σ)、反壓(uw)及氣壓(ua)，測(cè)得下蜀土在不同凈圍壓(σnet=σ-ua)與基質(zhì)吸力(s=ua-uw)下達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)的體積與排水量。由于GDSLAB軟件未配備針對(duì)土水特征曲線量測(cè)的模塊，試驗(yàn)中的各項(xiàng)體積、壓力值需人工記錄。

本試驗(yàn)采用扁平小試樣進(jìn)行試驗(yàn)，方便確定平衡狀態(tài)。試樣直徑38.0mm(500kPa進(jìn)氣值陶土板底座直徑38.00mm)，厚4.5mm。

通過(guò)試樣體積測(cè)量裝置間接量測(cè)試樣體積，(圖1)。通過(guò)記錄試樣左右兩側(cè)鋼針在透明刻度尺上正投影處的示數(shù)Lli和Lri，以及試樣高度H(由豎向透明尺讀出)，根據(jù)式(1)-(2)計(jì)算不同時(shí)刻試樣體積V。其中，D為試樣直徑，d為同向水平鋼針間橡膠膜厚度。

(1)

(2)

圖1　試樣體積測(cè)量裝置示意圖Fig. 1　Specimen volume measurement devicea.俯視圖； b.部分側(cè)視圖

1.3試驗(yàn)步驟

第1步：飽和試樣、陶土板及透水石。

第2步：在底座上安裝試樣及試樣體積測(cè)量裝置。

第3步：安裝壓力室，在壓力室內(nèi)充滿無(wú)氣水。

第4步：以飽和試樣固結(jié)完成作為試驗(yàn)起算點(diǎn)，按表2安排試驗(yàn)。試驗(yàn)室氣溫控制在25～27℃(蔡國(guó)慶等， 2010； 王媛等， 2010)。試驗(yàn)中達(dá)到每一級(jí)平衡狀態(tài)需1～4d。

圖2為試驗(yàn)完成后的試樣，側(cè)面變形均勻。如表3所示，對(duì)比利用試樣體積量測(cè)裝置與游標(biāo)卡尺對(duì)脫濕完成試樣的量測(cè)結(jié)果，表明試樣體積的量測(cè)計(jì)算滿足試驗(yàn)要求。

表2　試驗(yàn)方案

由于氣體擴(kuò)散與透水石中水的影響，需要對(duì)反壓體積變化量進(jìn)行修正。從反壓體積變化量中分別減去通過(guò)擴(kuò)散試驗(yàn)得到的氣體擴(kuò)散體積以及透水石排水體積(梅嶺等， 2013)，修正試樣達(dá)到不同平衡狀態(tài)時(shí)的排水量。

圖2　脫濕完成后試樣外觀Fig. 2　Specimen after moisture desorption

表3　試樣體積量測(cè)計(jì)算的校驗(yàn)

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1變形特性

非飽和下蜀土是氣-水-土三相混合體，在氣壓與圍壓共同作用下產(chǎn)生連續(xù)變形。凈圍壓作用使得土結(jié)構(gòu)中的粒狀及絮狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓縮變形，孔隙中氣壓的存在使得自由水減少。同時(shí)，毛細(xì)水的非連續(xù)分布隨著氣壓的增加而愈加顯著，導(dǎo)致構(gòu)成粒狀、絮狀膠結(jié)物質(zhì)的黏土礦物疊聚體產(chǎn)生干縮變形?？梢酝ㄟ^(guò)建立描述孔隙比(e)與應(yīng)力狀態(tài)變量基質(zhì)吸力、凈圍壓之間關(guān)系的本構(gòu)面，分析控制土骨架變形的非線性力-水耦合效應(yīng)。

式(3)是圖3中曲面的三維幾何方程，即利用數(shù)學(xué)方法建立的孔隙比與凈圍壓、基質(zhì)吸力間的本構(gòu)關(guān)系

(3)

式中，er為在不同凈圍壓與基質(zhì)吸力共同作用下，下蜀土可能達(dá)到的最小孔隙比； edv為原狀下蜀土孔隙比與er的差值； b、c為擬合參數(shù)，單位為kPa。此例中er、edv、b、c的數(shù)值分別為0.5644、0.1174、171.2271、167.3129，擬合相關(guān)系數(shù)R2為0.9684。

在孔隙比單調(diào)減少的路徑下，即凈圍壓與基質(zhì)吸力單調(diào)增大時(shí)，該本構(gòu)面是唯一的(Matyasetal.，1968)； 所以，本構(gòu)面在(σnet-e)平面上的投影，即為不同基質(zhì)吸力下的等吸力壓縮曲線(圖4)。隨著基質(zhì)吸力的增大，壓縮模量逐漸增大，下蜀土的壓縮性降低。下蜀土由西北黃土狀土經(jīng)風(fēng)力、水力搬運(yùn)堆積至長(zhǎng)江流域，在飽水狀態(tài)下沉積而成(Zhangetal.，2007)。不同基質(zhì)吸力下的壓縮曲線，解釋了下蜀土經(jīng)地質(zhì)作用抬升后飽和度降低(韓愛(ài)民等， 2009)，壓縮模量隨埋藏深度減少而升高(Xiaetal.，2009)的現(xiàn)象。

圖3　土結(jié)構(gòu)的本構(gòu)面Fig. 3　Constitutive surface of soil structure

圖4　等吸力壓縮曲線Fig. 4　Compression curves with different matric suction

2.2土水特征曲線

如圖5，下蜀土在不同凈圍壓下具有不同的持水特性，可采用vanGenuchten模型(VanGenuchten， 1980)分析體積含水率(θ)與基質(zhì)吸力(s)間的關(guān)系

(4)

式中，θr和θs分別為殘余體積含水率和飽和體積含水率； α、n為擬合參數(shù)。設(shè)定θr=0(Phoonetal.， 2010)，消除基質(zhì)吸力實(shí)測(cè)值范圍偏小時(shí)該模型擬合參數(shù)的多解性(譚曉慧等， 2013)，計(jì)算結(jié)果(表4)。

表4　土水特征曲線擬合參數(shù)

圖5　以s-θ關(guān)系表述的的土水特征曲線Fig. 5　SWRCs in s-θ form

可以看出，凈圍壓的增大使得下蜀土結(jié)構(gòu)受到壓縮，可壓縮孔隙(Phametal.，2011)變小，進(jìn)氣值升高； 凈圍壓越大，達(dá)到相同基質(zhì)吸力時(shí)，可壓縮孔隙中的毛細(xì)水液面彎曲程度越低，相同基質(zhì)吸力變化量對(duì)應(yīng)的體積含水率變化量越低，這一點(diǎn)與重塑下蜀土(梅嶺等， 2013)性質(zhì)相同。由于以飽和試樣固結(jié)完成作為脫濕試驗(yàn)起算點(diǎn)，且當(dāng)氣壓大于進(jìn)氣值后下蜀土的壓縮性顯著降低，經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的收縮后，試樣的孔隙比逐漸接近er，相同基質(zhì)吸力變化量對(duì)應(yīng)的體積含水率變化量趨于一致，下蜀土在不同凈圍壓下的持水特性趨于一致。

圖6給出了下蜀土及其他兩種粉質(zhì)黏土的進(jìn)氣值(air-entryvalue，AEV)與凈圍壓的關(guān)系，鄂西北膨脹土(龔壁衛(wèi)等， 2004)與粗高嶺土(Thuetal.，2007)的土水特征曲線分別采用應(yīng)力式體積壓力板儀與非飽和土三軸儀測(cè)得。相同凈圍壓變化量對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣值增量逐漸降低，可以用冪函數(shù)表達(dá)進(jìn)氣值與凈圍壓的關(guān)系。

(5)

式中，AEV0為凈圍壓為0時(shí)土的進(jìn)氣值，擬合參數(shù)λ與土的壓縮性相關(guān)。土的壓縮性越高，孔隙體積(Vv)的相對(duì)變化量(ΔVv/Vv)在凈圍壓作用下變化越大，相同凈圍壓增量對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣值增量越大，與λ正相關(guān)的σnet-AEV關(guān)系曲線傾斜程度越大。其中，原狀下蜀土壓縮系數(shù)a1-2為0.20MPa-1，λ約為a1-2的3.79倍。該函數(shù)可以較好地描述不同凈圍壓下3種粉質(zhì)黏土進(jìn)氣值的增大趨勢(shì)。

圖6　不同凈圍壓下土的進(jìn)氣值Fig. 6　AEVS under different net confining pressure

由于θr=0，式(4)可以寫(xiě)成

(6)

式中，Se為有效飽和度。圖7 中的計(jì)算擬合值所用的參數(shù)α與n與圖5 中的一致。凈圍壓為50kPa與100kPa時(shí)，相同基質(zhì)吸力對(duì)應(yīng)的有效飽和度的差值先逐漸增大，當(dāng)基質(zhì)吸力超過(guò)進(jìn)氣值后，差值逐漸穩(wěn)定，即s-Se曲線的后半段近似平行。而凈圍壓為100kPa與150kPa時(shí)的s-Se曲線基本重合，說(shuō)明隨著凈圍壓的增大，相同基質(zhì)吸力對(duì)應(yīng)的有效飽和度逐漸接近。

圖7　以s-Se關(guān)系表述的的土水特征曲線Fig. 7　SWRCs in s-Se form

圖8　Al-Qatif膨脹土的土水特征曲線Fig. 8　SWRCs of Al-Qatif expansive clay

根據(jù)圖7 及圖8，下蜀土在基質(zhì)吸力為5～400kPa范圍內(nèi)， 3組試樣間有效飽和度差值在0.5%以?xún)?nèi)，應(yīng)力狀態(tài)對(duì)脫濕狀態(tài)下下蜀土飽和度變化的影響并不顯著。然而，初始孔隙比與壓縮性均高于下蜀土的Al-Qatif膨脹土(Elkadyetal.，2015)，在7kPa、100kPa及600kPa的凈豎向壓力(σv-net=σv-ua)作用下，脫濕至基質(zhì)吸力為400kPa時(shí)飽和度分別降低約18%、3%及1%，它們之間的差值遠(yuǎn)大于下蜀土的0.5%?？梢?jiàn)土的壓縮性越高，凈圍壓對(duì)持水特性的影響越顯著。

2.3吸力應(yīng)力特征曲線

吸力應(yīng)力是受顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)及孔隙水性狀控制的顆粒間相互作用力，由物理-化學(xué)力、黏結(jié)力、黏粒表面作用力、毛細(xì)水表面張力構(gòu)成(Luetal.，2006)，前3種力主要由黏粒表面電-化學(xué)作用產(chǎn)生。Lu(2008)認(rèn)為基質(zhì)吸力作為應(yīng)力狀態(tài)變量，需要轉(zhuǎn)化為吸力應(yīng)力這一應(yīng)力變量，才能直接用于建立體現(xiàn)基質(zhì)吸力對(duì)土強(qiáng)度及變形特性影響的氣-水-土單元體平衡方程，并提出利用土水特征曲線試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算非飽和狀態(tài)下吸力應(yīng)力σs的公式，如式(7)。

(7)

圖9　關(guān)于基質(zhì)吸力的吸力應(yīng)力特征曲線Fig. 9　SSCCs with respect to the matric suction

圖10　關(guān)于體積含水率的吸力應(yīng)力特征曲線Fig. 10　SSCCs with respect to the volumetric water content

圖11　關(guān)于有效飽和度的吸力應(yīng)力特征曲線Fig. 11　SSCCs with respect to the effective degree of saturation

如圖9～圖11所示，吸力應(yīng)力隨濕度的降低而增大。邊界效應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)，凈圍壓增大時(shí)，吸力應(yīng)力的增大速率逐漸升高，吸力應(yīng)力特征曲線間的差異逐漸減小。過(guò)渡區(qū)范圍內(nèi)，吸力應(yīng)力特征曲線平行或近似重合，吸力應(yīng)力隨狀態(tài)變量變化的快慢程度不受外部荷載影響。

同時(shí)，從圖9～圖11可以推斷，下蜀土過(guò)渡階段3種不同形式的吸力應(yīng)力特征曲線的走勢(shì)相似，脫濕接近殘余體積含水率時(shí)吸力應(yīng)力的量級(jí)為100MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出土的剪切強(qiáng)度范圍。對(duì)此，趙成剛等(2013)、孫文靜等(2014)通過(guò)分析水在不同狀態(tài)下與土結(jié)構(gòu)的相互作用，肯定了向有效應(yīng)力原理中引入考慮黏粒間電-化學(xué)力受結(jié)合水狀態(tài)控制這一因素的應(yīng)力變量的必要性。Gouy(1910)與Chapman(1913)給出了結(jié)合水狀態(tài)的描述方法。

(8)

式中，h為擴(kuò)散雙電層厚度； n0為結(jié)合水中離子濃度正常值，隨Se減小而增大； e為單位靜電荷電位； v為結(jié)合水中離子的加權(quán)離子價(jià)； D為結(jié)合水介電常數(shù)； k為玻爾茲曼常數(shù)； T為熱力學(xué)溫度。黏粒間電-化學(xué)力是吸引力與排斥力的合力，吸引力與排斥力均隨擴(kuò)散雙電層厚度減小而增加，但當(dāng)厚度減小到黏粒表面極小范圍時(shí)，排斥力與吸引力平衡(高國(guó)瑞， 2013)，即根據(jù)式(7)計(jì)算得到的高吸力對(duì)應(yīng)的吸力應(yīng)力是吸引力與排斥力的代數(shù)和，而非矢量和。因此，考慮黏粒間電-化學(xué)力的吸力應(yīng)力函數(shù)是分段但連續(xù)的。

(9)

(10)

3結(jié)論

(1)下蜀土的變形特性與凈圍壓及基質(zhì)吸力有關(guān)?？紫侗扰c凈圍壓、基質(zhì)吸力呈二元指數(shù)函數(shù)關(guān)系，反映出下蜀土的壓縮性隨基質(zhì)吸力的增大而降低的性質(zhì)，解釋了壓縮模量隨埋藏深度減少而升高的現(xiàn)象。

(2)凈圍壓使下蜀土持水能力增強(qiáng)，凈圍壓與進(jìn)氣值呈冪函數(shù)關(guān)系。土的壓縮性越高，凈圍壓對(duì)其持水特性的影響越顯著； 前期等向固結(jié)導(dǎo)致的壓縮性降低使凈圍壓對(duì)持水特性的影響逐漸減弱。下蜀土的進(jìn)氣值與凈圍壓關(guān)系的冪函數(shù)形式，也可以較好地反映鄂西北膨脹土及粗高嶺土的相應(yīng)性質(zhì)。

(3)外部荷載對(duì)下蜀土吸力應(yīng)力特征曲線的影響是分段的。在邊界效應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)，凈圍壓增大時(shí)，吸力應(yīng)力特征曲線間的差異逐漸減??； 在過(guò)渡區(qū)范圍內(nèi)，吸力應(yīng)力隨狀態(tài)變量變化的快慢程度不受外部荷載影響。

本文僅研究了下蜀土在脫濕狀態(tài)下的土水-力學(xué)特性，而干濕循環(huán)過(guò)程中下蜀土的土水-力學(xué)特性仍有待后續(xù)研究。考慮黏粒間電-化學(xué)力的吸力應(yīng)力函數(shù)具體形式的確定，需要有高吸力范圍的土水特征曲線量測(cè)試驗(yàn)與三軸剪切試驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)界限有效飽和度作為分段條件的適用性還有待進(jìn)一步的論證。

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HYDRO-MECHANICALBEHAVIOUROFNANJINGXIASHULOESSINDESORPTIONMOISTURESTATE

HAN Aimin LI Tong XU Hongzhong

Abstract(Institute of Geotechnical Engineering， Nanjing Tech University， Nanjing210009)

Key wordsA series of water-retention tests are carried out with different net confining pressures by the modified GDS unsaturated soil testing equipment. The deformation behaviour and water-retention characteristic of Xiashu loess are analyzed. Based on the data fitting for the soil-water retention curve of Xiashu loess with the van genuchten model, the influence of net confining pressure on the suction-stress characteristic curve(SSCC) of Xiashu loess is presented. The hydro-mechanical behaviour of Nanjing Xiashu loess in desorption moisture state is systematically studied. The experimental results show that net confining pressure and matric suction have significant influence on the deformation behaviour of Xiashu loess. When the matric suction of Xiashu loess becomes higher, the compressibility tends to be lower. The binary exponential function model is put forward to forecast the exterior relations between void ratio and stress state variables. The distinctness of water-retention characteristics of Xiashu loess follows net confining pressure rise. The power function between air-entry value and net confining pressure is reached. Net confining pressure influences the water-retention characteristic of higer compressive soil more significantly. With the increase of net confining pressure, the void ratio of Xiashu loess proceeds a convergence, and the influence of net confining pressure on the water-retention characteristic has started to decline in due process. The external load on Xiashu loess affects the SSCCs piecewise. In the boundary-effect zone, with the increase of net confining pressure, the difference between SSCCs decreases gradually. In the transition zone, the variations of the differential coefficient of suction stress with the state variables is isolated from the external load. Physical meaning and calculation method of suction stress function at high suctions acquired from theory of electrical double layer are approached. The effective boundary saturation degree is proposed as the demarcation point of suction stress function．

DOI:10.13544/j.cnki.jeg.2016.02.013

* 收稿日期：2015-01-23; 收到修改稿日期： 2015-05-28.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072217)資助.

第一作者簡(jiǎn)介：韓愛(ài)民(1963-)，男，碩士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域性土的工程性質(zhì)方面的教學(xué)和科研. Email: amhan@njtech.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào)：TU411

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A