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非饱和土作为土力学研究领域的一个重要组成部分,在许多方面与饱和土有着根本的差异,将非饱和土和饱和土区分开来是必要也是必须的,非饱和土由于其固体、液体、气体三相之间的相互作用,使得其物理力学特性较饱和土复杂的多。研究非饱和土的各种理论,基本上都是围绕基质吸力而展开的,基质吸力研究的重要性已经逐渐成为共识。
本文在分析和总结国内外相关成果的基础上,首先简要探讨了非饱和黄土的压缩性和湿陷性,结果表明,黄土的压缩性随着增湿而提高,且重塑黄土的压缩性要高于原状黄土,黄土的湿陷系数随初始含水量的增大而减小,随压力和湿度的增加,黄土湿陷变形的全过程曲线由两个转折点和三段组成,包括结构强度发挥的压密阶段,结构破坏的湿陷阶段和新结构形成的固结阶段。然后,对比分析了原状黄土和重塑黄土在三轴试验条件下变形和强度特性的异同,通过引入饱和度这一容易测定的物理量,采用常规三轴试验方法,求得了K-G模型各参数随饱和度的变化规律,建立了非饱和土的非线性实用化模型,试验表明,黄土的强度随着增湿而降低,变形随着增湿而增大,由于重塑黄土结构性已经破坏,其强度往往低于原状黄土的强度,此外,黄土K-G模型的各个参数随增湿也呈现一定的变化规律。
利用非饱和土三轴仪,研究了非饱和黄土在控制吸力条件下的剪切性状,并测得基质吸力随含水量及围压的变化规律,研究了吸附强度和吸力之间的相互关系,并推导了吸附强度的公式。试验结果表明,非饱和黄土的基质吸力随含水量的增大而减小,随围压的增大也减小,含水量的变化对基质吸力的改变起着主导作用,在低含水量情况下,基质吸力变化灵敏度较高。吸附强度随基质吸力的增大而增大,围压对吸附强度的影响较小。
利用非饱和土固结仪,研究了非饱和土的固结性状,并归纳了非饱和土固结过程中吸力和竖向变形的变化规律,提出了重塑黄土的结构性参数表达式,并总结了其结构性参数随吸力的变化规律。试验结果表明固结过程中,随着时间的推移,非饱和土的基质吸力和竖向变形都会逐渐趋于稳定,黄土的结构性参数随含水量的增大而减小,随压力的增大也减小,重塑黄土的结构性主要受可变性支持的不稳定势控制,结构性参数随吸力的增大而增大,并逐渐趋于稳定。