作为土力学基本框架的重要组成部分,饱和土的强度理论已经基本趋于成熟,而非饱和土在实际工程中分布更为广泛,其工程特性更为复杂,其强度理论尚不十分完善。在非饱和土力学中,应力理论和强度理论是非饱和土力学变形与稳定性分析理论及计算方法中的重要基础。因此,对于不同程度的非饱和土,必须建立合理的应力理论和强度理论。考虑到非饱和土的三相组成与各相组分的特点及其与饱和土的差异,在非饱和土中除了作用在土骨架上的净应力之外,分别作用在孔隙气与孔隙水上的孔隙气压力与孔隙水压力之差构成了非饱和土的基质吸力,对于非饱和土的变形与强度特性具有一定的影响。同时饱和度的高低或含水量的多少决定了非饱和土的孔隙水与孔隙气的分布形态及其相互迁移与渗透规律,从而直接或间接地影响着非饱和土的强度特性及其渗透特性。为了确定非饱和土的变形与强度特性,必须首先根据含水量或饱和度确定非饱和土的分类体系,进而针对不同形态的非饱和土确定净应力与基质吸力。因此为了探讨非饱和土的强度理论,必须确定非饱和土中的应力体系,其中关键在于确定吸力。为此,本文基于理论分析,对于非饱和的理想颗粒组成体系建立了吸力理论与强度理论,并试图利用这些理论阐明实际非饱和土的强度特性,进而采用非饱和土的试验研究对所提出的基本概念与理论体系进行验证,为非饱和土的工程特性及其本构模型研究奠定基础。本文研究工作主要包括下列内容。 1.在水封闭情况下,基于圆形弯液面假设、接触角协调性要求和热力学基本理论,针对规则等直径球形颗粒建立了颗粒间弯液面方程,运用迭代法对这一非线性方程组进行了求解,进而确定了理论意义上的基质吸力。基质吸力实际上是一个分布面力,其总体作用效应同时包括面力的大小及其作用面积两个因素。将作用于颗粒局部表面积上的基质吸力在整个颗粒表面上进行平均后作为等效基质吸力。进一步地,类似于描述吸力与饱和度之间关系的土—水特征曲线,将等效基质吸力与饱和度之间的关系曲线定义为广义土—水特征曲线。基于最松散堆积状态的理想模型分析表明,与基质吸力相比,由于考虑了面积效应,等效基质吸力较小,且随饱和度的变化并不象基质吸力那样十分显著;无论基质吸力还是等效基质吸力,均随颗粒空间排列间隙的增大而迅速减小:另外,土—水特征曲线和广义土—水特征曲线都依赖于孔隙水与固体颗粒之间接触角的变化。 2.目前,普遍接受的非饱和土分类方法把非饱和土分为水封闭、双开敞和气封闭等三类。液体表面存在表面张力作用,液面在颗粒表面的搭接使得表面张力对颗粒产生拉结作用。这种拉结作用类似于基质吸力的作用,但与基质吸力是两个完全不同的概念,其在基质吸力作用面积上的等效作用定义为张力吸力。孔隙水弯液面与土颗粒表面是否搭接决定了这种张力吸力存在与否。因此根据孔隙水弯液面与土颗粒表面的搭接状态,将双开敞非饱和土细分为搭接双开敞非饱和土和不搭接双开敞非饱和土。在水封闭非饱和土和搭接双开敞非饱和土中,由于孔隙水弯液面搭接在颗粒表面上,同时存在基质吸