·150· 工程科学学报，第39卷，第1期 固结围压分别为100、200和300kPa.为研究孔隙 在半对数坐标上呈线性减小，土样总体积随着基质吸 结构对土一水特征曲线的影响，对卸载过程中的土一水 力的增大而减小. 特征曲线进行对比.固结压力对孔隙比的影响见图5. 卸载后孔隙比回不到原点，这是因为土的压缩变形中 0.70 只有一部分是可恢复的，如粒间应力作用下，土粒接触 0.68 点的弹性变形、片状颗粒的挠曲变形、粒间结合水膜的 变形等.另一部分是不可恢复的，如土粒之间的相互 0.66 位移和土结构的变化).本文在图中星号对应的固 0.64 结压力状态下进行土-水特征曲线试验 0.70 0.62 0.69 50 015010250 基质吸力kPa 501000 0.68 加载 250 00300 结压力kPa 200 0.67 图6孔隙比随基质吸力和固结压力的变化规律 0.66 御卸载 Fig.6 Variation of void ratio with matric suction and consolidation 0.65 pressure 0.640 50 100150200250300350 从图6可以看出，基质吸力造成的孔隙比的降幅 固结压力/kPa 小于固结压力引起的降幅.这符合沈珠江]提出的 图5固结过程中的孔隙比变化 广义吸力的概念，认为基质吸力中有一部分作用于增 Fig.5 Variation of void ratio by consolidation 加土体的强度和抗变形能力.且降幅随着固结压力和 基质吸力的增大而减小.这是由于吸附水膜的存在， 2试验结果与分析 若要将颗粒之间的吸附水挤出，需要施加552MPa的 2.1应力状态对孔隙比的影响 高应力[]，故孔隙比的降幅逐渐减小. 当土体受到一定水平的应力时，会呈现出相应的 张俊然等]发现试样所经历最大基质吸力的增 体积变形，引起土体孔隙结构特征的变化，这势必导致 大造成其平均骨架有效应力的相应增大，所以导致孔 土体的持水特性发生变化.同时，基质吸力也会导致 隙比随着基质吸力的增大而减小，使非饱和土样在经 非饱和土的力学性状的改变.可见，土体所处的应力 过较高基质吸力的作用后表现出类似超固结土的性 状态与其持水性能之间存在显著的耦合关系[2].Ml 质.戚国庆和黄润秋[2]发现土样的体积模量随着基 er等s]发现孔隙比对土-水特征曲线的影响显著， 质吸力的增大而增大.这是因为基质吸力越大，弯液 且土体的变形对基质吸力有贡献. 面上的表面张力作用越强，土体骨架抵抗外部载荷作 其孔隙比e随基质吸力业和固结压力P的变化规 用产生变形的能力越强，所以基质吸力越大，土样的体 律见图6.曲面拟合公式为 积模量越大 e=0.70-2.69×10-4P-2.38×10-4b+ 谈云志等[]进行不同固结应力作用下粉土的土- 2.16×10-7p2+5.14×10-72. (1) 水特征曲线试验，通过压汞法和氨吸附法测量不同固 可知固结压力和基质吸力均能使孔隙比发生变化，即 结应力作用下土样的孔隙孔径分布曲线，表明固结应 试件的体积发生变化.有鉴于此，本文采用质量含水 力的增大使得大孔隙减少，小孔隙增多.陶高梁等[2)] 率作为含水率指标，研究基质吸力与之的对应关系. 利用压汞法、核磁共振法和扫描电镜法观察到了相似 从图6可看出，除固结压力外，基质吸力同样引起 的结果.谈云志等[2]在脱湿过程中同样观察到粒间 孔隙比的减小.由于基质吸力的作用，空气气泡将会 大孔隙的减小.谈云志等[2]提出孔径d>10μm范围 变大并与土颗粒的表面搭接，粒间开始形成弯液面，产 内的孔隙主要控制基质吸力在0~10kPa范围的持水 生毛细水压力.在水的表面张力和毛细水压力的联合 能力，而孔径d<10μm范围内的孔隙则主要控制基质 作用下，导致土颗粒靠拢，孔径减小，即孔隙比减小，宏 吸力大于10kPa范围的持水能力.在增湿过程中，孔 观上呈现收缩变形，土体的体积减小.降雨作用下，边 隙比的变化与固结压力的卸载过程类似，由于固结压 坡的滑移变形可以看作是基质吸力减小而导致的土体 力的限制作用，孔隙比随基质吸力的减小而增大的趋 变形.Fleureau等uo)发现孔隙比随着基质吸力的增大 势不明显工程科学学报,第 39 卷,第 1 期 固结围压分别为 100、200 和 300 kPa. 为研究孔隙 结构对土鄄鄄水特征曲线的影响,对卸载过程中的土鄄鄄水 特征曲线进行对比. 固结压力对孔隙比的影响见图 5. 卸载后孔隙比回不到原点,这是因为土的压缩变形中 只有一部分是可恢复的,如粒间应力作用下,土粒接触 点的弹性变形、片状颗粒的挠曲变形、粒间结合水膜的 变形等. 另一部分是不可恢复的,如土粒之间的相互 位移和土结构的变化[11] . 本文在图中星号对应的固 结压力状态下进行土鄄鄄水特征曲线试验. 图 5 固结过程中的孔隙比变化 Fig. 5 Variation of void ratio by consolidation 2 试验结果与分析 2郾 1 应力状态对孔隙比的影响 当土体受到一定水平的应力时,会呈现出相应的 体积变形,引起土体孔隙结构特征的变化,这势必导致 土体的持水特性发生变化. 同时,基质吸力也会导致 非饱和土的力学性状的改变. 可见,土体所处的应力 状态与其持水性能之间存在显著的耦合关系[12] . Mill鄄 er 等[13鄄鄄15]发现孔隙比对土鄄鄄 水特征曲线的影响显著, 且土体的变形对基质吸力有贡献. 其孔隙比 e 随基质吸力 鬃 和固结压力 P 的变化规 律见图 6. 曲面拟合公式为 e = 0郾 70 - 2郾 69 伊 10 - 4 P - 2郾 38 伊 10 - 4 鬃 + 2郾 16 伊 10 - 7 P 2 + 5郾 14 伊 10 - 7 鬃 2 . (1) 可知固结压力和基质吸力均能使孔隙比发生变化,即 试件的体积发生变化. 有鉴于此,本文采用质量含水 率作为含水率指标,研究基质吸力与之的对应关系. 从图 6 可看出,除固结压力外,基质吸力同样引起 孔隙比的减小. 由于基质吸力的作用,空气气泡将会 变大并与土颗粒的表面搭接,粒间开始形成弯液面,产 生毛细水压力. 在水的表面张力和毛细水压力的联合 作用下,导致土颗粒靠拢,孔径减小,即孔隙比减小,宏 观上呈现收缩变形,土体的体积减小. 降雨作用下,边 坡的滑移变形可以看作是基质吸力减小而导致的土体 变形. Fleureau 等[16]发现孔隙比随着基质吸力的增大 在半对数坐标上呈线性减小,土样总体积随着基质吸 力的增大而减小. 图 6 孔隙比随基质吸力和固结压力的变化规律 Fig. 6 Variation of void ratio with matric suction and consolidation pressure 从图 6 可以看出,基质吸力造成的孔隙比的降幅 小于固结压力引起的降幅. 这符合沈珠江[17] 提出的 广义吸力的概念,认为基质吸力中有一部分作用于增 加土体的强度和抗变形能力. 且降幅随着固结压力和 基质吸力的增大而减小. 这是由于吸附水膜的存在, 若要将颗粒之间的吸附水挤出,需要施加 552 MPa 的 高应力[18] ,故孔隙比的降幅逐渐减小. 张俊然等[19]发现试样所经历最大基质吸力的增 大造成其平均骨架有效应力的相应增大,所以导致孔 隙比随着基质吸力的增大而减小,使非饱和土样在经 过较高基质吸力的作用后表现出类似超固结土的性 质. 戚国庆和黄润秋[20] 发现土样的体积模量随着基 质吸力的增大而增大. 这是因为基质吸力越大,弯液 面上的表面张力作用越强,土体骨架抵抗外部载荷作 用产生变形的能力越强,所以基质吸力越大,土样的体 积模量越大. 谈云志等[7]进行不同固结应力作用下粉土的土鄄鄄 水特征曲线试验,通过压汞法和氮吸附法测量不同固 结应力作用下土样的孔隙孔径分布曲线,表明固结应 力的增大使得大孔隙减少,小孔隙增多. 陶高梁等[21] 利用压汞法、核磁共振法和扫描电镜法观察到了相似 的结果. 谈云志等[22] 在脱湿过程中同样观察到粒间 大孔隙的减小. 谈云志等[23] 提出孔径 d > 10 滋m 范围 内的孔隙主要控制基质吸力在 0 ~ 10 kPa 范围的持水 能力,而孔径 d < 10 滋m 范围内的孔隙则主要控制基质 吸力大于 10 kPa 范围的持水能力. 在增湿过程中,孔 隙比的变化与固结压力的卸载过程类似,由于固结压 力的限制作用,孔隙比随基质吸力的减小而增大的趋 势不明显. ·150·