蒙理明，楊振炳

(海南科技職業(yè)學(xué)院，?？?571126 )

土力學(xué)的新概念與特殊土強(qiáng)度初探

蒙理明，楊振炳

(海南科技職業(yè)學(xué)院，?？?571126 )

討論了紅粘土的實(shí)際飽和度的算法；分析了蒙脫石顆粒內(nèi)表面結(jié)合水對(duì)膨脹土的三項(xiàng)組成的影響，提出了膨脹土實(shí)際飽和度和孔隙比的算法；認(rèn)為濕陷性黃土由土骨架(包括微小孔隙)和大孔隙組成，提出了骨架率、骨架飽和度和骨架孔隙比的算法。進(jìn)一步，求得特殊土的飽和度系數(shù)和自由水通道率。再進(jìn)一步，得到特殊土進(jìn)行大氣張力系列的地基承載力、庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算的方法。新概念土力學(xué)以有效應(yīng)力的新概念為基礎(chǔ)，以抗剪極限狀態(tài)的有效應(yīng)力的大氣張力公式為基本公式。

新概念土力學(xué)； 特殊土； 顆粒內(nèi)表面； 骨架率； 骨架飽和度； 骨架孔隙比

參見文獻(xiàn)[1]：鑒于非飽和土力學(xué)在路基工程、邊坡工程及基坑工程等諸多實(shí)際工程中有著廣泛的應(yīng)用前景，國內(nèi)外眾多學(xué)者歷時(shí)幾十年，對(duì)處于非飽和狀態(tài)的黃土、黏土、膨脹土和人工填土，著重從土-水特征曲線、強(qiáng)度特性、本構(gòu)模型、滲流特性和吸力測(cè)量等方面展開了深入的研究?！缭?0世紀(jì)50～70年代期間，人們就嘗試用基質(zhì)吸力來描述非飽和土的強(qiáng)度特性，并采用試驗(yàn)手段對(duì)非飽和土抗剪強(qiáng)度進(jìn)行研究，取得了一系列經(jīng)典的理論成果，如Bishop(1959)有效應(yīng)力表達(dá)式、Fredlund等(1978)雙應(yīng)力理論；盧肇鈞用膨脹力表示抗剪強(qiáng)度以及楊代泉強(qiáng)度公式；繆林昌的雙曲線模型；黃潤秋等提出由吸力和飽和度決定的強(qiáng)度公式。

參見文獻(xiàn)[2]的摘要，由文獻(xiàn)[3]～[12]總結(jié)：初步建立“非飽和土有效應(yīng)力的大氣張力公式與新概念土力學(xué)”的構(gòu)架。其要點(diǎn)有,提出有效應(yīng)力的新概念，即有效應(yīng)力是土體中提供抗剪強(qiáng)度的點(diǎn)的集合所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力；非飽和土有五相；自由水和孔隙氣具有等效壓縮剛度(等效壓縮模量和等效壓縮系數(shù))；有效應(yīng)力的實(shí)質(zhì)是自由水和孔隙氣沒有抗剪能力；大氣張力抗拉強(qiáng)度，揭示了非飽和土的“吸力”之謎；大氣張力庫侖抗剪強(qiáng)度，展示了經(jīng)典凝聚力的全貌；應(yīng)該用絕對(duì)壓強(qiáng)論述土力學(xué)。其公式有,非飽和土有效應(yīng)力的大氣張力公式；大氣張力系列的飽和度系數(shù)和自由水通道率、有效自重應(yīng)力、地基承載力、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定、地基壓縮變形和滲流固結(jié)等等新公式。

文中將在文獻(xiàn)[2-12]的基礎(chǔ)上，探討上述土力學(xué)的新概念在特殊土強(qiáng)度方面的應(yīng)用。

1 新概念土力學(xué)的基本公式

參見文獻(xiàn)[2，10]，抗剪極限狀態(tài)非飽和土有效應(yīng)力的大氣張力公式

(1)

(2)

在z方向，半空間無限體，有效自重應(yīng)力

(3)

其中，X為飽和度系數(shù)； Bu為非飽和土的自由水通道率。

Ua為計(jì)算點(diǎn)處(絕對(duì))孔隙氣壓力，作用在同一平面的孔隙氣上，盡可能實(shí)測(cè)。

2 修正一般土的飽和度系數(shù)和自由水通道率的計(jì)算公式

見文獻(xiàn)[4]，初探，文獻(xiàn)[6]-[9]及文獻(xiàn)[12]，不斷更新，下面進(jìn)一步修正：

飽和度系數(shù)X應(yīng)先按表1計(jì)算。

表1 孔隙比e為0.908的一般土的飽和度系數(shù)X計(jì)算表

還應(yīng)該對(duì)表1的結(jié)果進(jìn)行孔隙比修正： 取X=(0.908/e)×表1的X,且X《Sr。

計(jì)算BS0：粘粒水分分配系數(shù)k1=粘粒含量,一般土，認(rèn)為IP=10時(shí)，k1=0；IP=17時(shí)，k1=0.4；按直線分布得

k1=0.057 1IP-0.571IP>10 然后BS0=k1X且BS0《X

計(jì)算BS：結(jié)合水膜可靠連接面積率系數(shù)k2，一般土，認(rèn)為IL=1(含水量為液限)時(shí)，k2=0；Il=0(含水量為塑限)時(shí)，k2=0.45；含水量為縮限時(shí)，k2=0.9，按直線分布得：

k2=-0.45IL+0.45IL《1 然后BS=k2BS0且BS《BS0

結(jié)果： 自由水通道率Bμ=X-BS。

其中，Sr為飽和度；IP為塑限指數(shù)；IL為液限指數(shù)；BS0為粘粒水分分配面積率；BS為粘性土的結(jié)合水膜可靠連接面積率。

注1：粘粒水分分配系數(shù)k1：粘粒與其他土粒共同吸附土中水，土中水優(yōu)先在粘粒形成結(jié)合水膜[13]，但考慮到截面上下兩個(gè)粘粒不一定對(duì)齊，所以擇中取k1=粘粒含量

注2：結(jié)合水膜可靠連接面積率系數(shù)k2： 參見文獻(xiàn)[3]的結(jié)論，認(rèn)為粘性土在室內(nèi)干燥失水過程中，由泥漿期-液限-塑限-縮限，截面上下兩個(gè)粘粒不斷靠近，在接觸處，由無結(jié)合水膜接觸(泥漿期)-有弱結(jié)合水膜接觸(流塑)-有強(qiáng)結(jié)合水膜接觸(軟塑下限時(shí)為0)-有45%強(qiáng)結(jié)合水膜接觸(塑限)-有90%強(qiáng)結(jié)合水膜接觸(縮限)。

3 特殊土的飽和度和孔隙比

見文獻(xiàn)[14]:土飽和度Sr計(jì)算方法用于粘土?xí)r出現(xiàn)數(shù)值偏大甚至超過理論最大值的不合理現(xiàn)象。偏差的原因是，將粘土中的結(jié)合水作為普通自由水引進(jìn)公式。見文獻(xiàn)[15]:根據(jù)目前對(duì)結(jié)合水密度的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)結(jié)合水密度一般為1.30～1.74g/cm3，平均為1.5g/cm3左右。

見文獻(xiàn)[16]

Sr=Wγs/(eγw)

(4)

其中，W為天然含水量；γs為土粒重度；γw為水的重度。

式(4)與文獻(xiàn)[14]的式(1-2)實(shí)質(zhì)及計(jì)算結(jié)果相同。

見文獻(xiàn)[14]的式(3-1)，認(rèn)為在紅粘土中，結(jié)合水的平均密度為1.35g/cm3，含量占總水量的60%，得到水的加權(quán)重度dw，即式(3.1)的γw=1.35×0.6+1×0.4，其倒數(shù)為0.83，按式(4)由γw=1計(jì)算得到的Sr(常規(guī)飽和度)，再乘以0.83就是紅粘土的實(shí)際飽和度。

3.1 紅粘土及多粘粒的一般土的飽和度和孔隙比

見文獻(xiàn)[14],討論的是貴州紅粘土。下面討論能適用于各地紅粘土及多粘粒的一般土，注意，有膨脹性的紅粘土，按膨脹土處理。

首先，求強(qiáng)結(jié)合水在總水量中的含量ζc。紅粘土多處于可塑及硬塑范圍，所含弱結(jié)合水不多，且弱結(jié)合水與自由水重度差別不大，故取弱結(jié)合水重度=1.0g/cm3，歸于自由水。通常認(rèn)為，塑限含水量是有無弱結(jié)合水的界限。事實(shí)上，含水量在塑限時(shí)，粘粒吸附強(qiáng)結(jié)合水(假定有3層水分子)，其他土顆粒也由于潤濕吸附水(假定有1層水分子)，取強(qiáng)結(jié)合水的重度為1.5g/cm3，得

ζc={1.5×3k1/[1.5×3k1+(1-k1)]}Wp/W

(5)

其中，Wp為塑限含水量；k1為粘粒含量。

其次，求水的加權(quán)重度

γw=1.5ζc+(1-ζc)

(6)

所以，實(shí)際飽和度

SR=常規(guī)Sr/γw

(7)

另外，由土工試驗(yàn)及非膨脹土的特性知道，所求的孔隙比就是常規(guī)孔隙比。

3.2 膨脹土的飽和度和孔隙比

參文獻(xiàn)[17]，三類粘土礦物的特性見表2。參文獻(xiàn)[18]的附錄A，膨脹土的自由膨脹率與蒙脫石含量、陽離子交換量的關(guān)系見表3。

表2 三類粘土礦物的特性

表3 膨脹土的自由膨脹率與蒙脫石含量、陽離子交換量的關(guān)系

注：1.表中蒙脫石含量為干土全重含量的百分?jǐn)?shù)，采用次甲基藍(lán)吸附法測(cè)定。2.對(duì)不含碳酸鹽的土樣，采用醋酸銨法測(cè)定其陽離子交換量，對(duì)含碳酸鹽的土樣，采用氯化銨-醋酸銨法測(cè)定其陽離子交換量。

由表3知，我國現(xiàn)行的《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》，認(rèn)為蒙脫石含量是決定土的自由膨脹率的主要因素。事實(shí)上，蒙脫石晶層間是以分子引力連結(jié)，聯(lián)結(jié)力弱，水很容易進(jìn)入晶層之間，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性。見表2，蒙脫石的比表面積大，為800 m2/g。參文獻(xiàn)[19]，蒙脫石根據(jù)所吸附的陽離子不同，分為鈉基蒙脫石和鈣基蒙脫石。鈉基蒙脫石可促進(jìn)土體的分散性，鈣基蒙脫石能抑制土體的分散性。所以，忽略側(cè)面面積，假設(shè)鈉基蒙脫石有1個(gè)晶層(即有2個(gè)內(nèi)表面和2個(gè)外表面)，其內(nèi)表面積占總表面積的50%；鈣基蒙脫石有4個(gè)晶層(即有8個(gè)內(nèi)表面和2個(gè)外表面)，其內(nèi)表面積占總表面積的80%。

下面，由土的三項(xiàng)組成討論膨脹土的飽和度和孔隙比。土的總體積V；孔隙部分體積VV，增量為ΔVV；固體顆粒體積VS，增量為ΔVS；土中水的體積VW，增量為ΔVW；土的總質(zhì)量m；固體顆粒質(zhì)量mS，增量為ΔmS；土中水的質(zhì)量mW，增量為ΔmW。由文獻(xiàn)[20]《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》已知：V為環(huán)刀的體積，由含水率試驗(yàn)得，含水量W=mW/mS；由密度試驗(yàn)得土的密度ρ=m/V，干密度ρd= mS/V；由土粒比重試驗(yàn)得固體顆粒的密度ρs= mS/VS；從而已知V，通過計(jì)算：先由ρ、ρd，可求得m、mS；進(jìn)一步，由W、ρs，可求得mW、VS；按水的重度=1，數(shù)值上VW=mW。這樣，通過土工試驗(yàn)及計(jì)算，可以得到：m、mS、mW；V、VS、VW。

膨脹土除了應(yīng)該按3.1節(jié)那樣考慮強(qiáng)結(jié)合水的重度為1.5g/cm3，進(jìn)行水的加權(quán)重度計(jì)算外，還要考慮蒙脫石內(nèi)表面結(jié)合水屬于土顆粒的因素。蒙脫石內(nèi)表面結(jié)合水，產(chǎn)生負(fù)的ΔmW和ΔVW，還產(chǎn)生正的ΔmS和ΔVS。

首先，求蒙脫石內(nèi)表面結(jié)合水占水總質(zhì)量mW的比例kw。設(shè)蒙脫石內(nèi)表面積占蒙脫石總表面積的比例為km,按前面假設(shè)，0.5《km《0.8。見表1，比表面積取上限，且認(rèn)為其他粘粒的比表面積與高嶺石相同，非粘粒的比表面積=1/5×20=4，為高嶺石的1/5。設(shè)蒙脫石、伊利石、高嶺石加其他粘粒、非粘粒的含量分別為δm、δi、δk、δs，則：

kw=800kmδm/(800δm+100δi+20δk+4δs)

(8)

ΔmW=kwmW

(9)

取強(qiáng)結(jié)合水的重度為1.5g/cm3得

ΔVW=ΔmW/1.5

(10)

參式(3.2)得

ζc={1.5(800δm+100δi+20δk)/ [1.5(800δm+100δi+20δk)+4δs]}Wp/W

(11)

水的加權(quán)重度γw=1.5ζc+(1-ζc)

(12)

實(shí)際土粒外部的水質(zhì)量為mW-=mW-ΔmW。其體積為

VW-=mW-/γw

(13)

實(shí)際土粒的體積VS+=VS+ΔVW，實(shí)際的孔隙體積

VV-=V-VS+

(14)

實(shí)際孔隙比e-=VV-/VS+，實(shí)際飽和度

SR=VW-/VV-

(15)

注意，其他粘粒不包括膨脹蛭石，膨脹蛭石與蒙脫石相似，有較多吸水的內(nèi)表面。

3.3 濕陷性黃土的骨架率、骨架飽和度和骨架孔隙比

見文獻(xiàn)[21]406頁，通過對(duì)所獲取微觀照片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：華陰、潼關(guān)、靈寶土樣孔徑大于20的孔隙面積可占到孔隙總面積的80%以上；又408頁結(jié)束語的(4)：黃土的濕陷性主要與平均孔徑大于20 μm的孔隙含量密切相關(guān)。對(duì)于同一場地所取的土樣，孔徑大于20 μm的孔隙含量增加，其濕陷性增高。

因此，可認(rèn)為濕陷性黃土結(jié)構(gòu)由土骨架(包括微小孔隙)和大孔隙組成。通過下面試驗(yàn)可以近似地反映濕陷性黃土結(jié)構(gòu)。由文獻(xiàn)[20]，用環(huán)刀切取天然土樣，土樣的等級(jí)應(yīng)為Ⅰ級(jí)不擾動(dòng)土樣，環(huán)刀面積不應(yīng)小于5 000 m2。然后采用室內(nèi)壓縮試驗(yàn)，分級(jí)加荷，加荷至破壞(沉降突變)，并在該荷載下沉降穩(wěn)定。

設(shè)上述環(huán)刀體積為V、高度為h0，土樣沉降了Δh，

則土骨架體積Vf=(h0-Δh)V/h0

(16)

定義濕陷性黃土的骨架率

ζf=Vf/V

(17)

如3.2節(jié)，通過常規(guī)土工試驗(yàn)及計(jì)算，可以得到m、mS、mW；V、VS、VW。所以

濕陷性黃土的骨架孔隙比ef=(Vf-VS)/Vf

(18)

濕陷性黃土的骨架飽和度Sf=VW/(Vf-VS)

(19)

4 紅粘土及多粘粒的一般土的強(qiáng)度計(jì)算

用式(7)的飽和度SR代替表1中的Sr，加上其他參數(shù)，可以求得紅粘土的的飽和度系數(shù)和自由水通道率，然后按文獻(xiàn)[2]的公式，進(jìn)行大氣張力系列的地基承載力、庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算。

5 膨脹土的強(qiáng)度計(jì)算

見文獻(xiàn)[18]，強(qiáng)制性條文：地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定：1)建筑物的地基計(jì)算應(yīng)滿足計(jì)算的有關(guān)規(guī)定；2)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)、乙級(jí)的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì)；3)建造在坡地或斜坡附近的建筑物以及受水平荷載作用的高層建筑、高聳構(gòu)筑物和擋土墻、基坑支護(hù)等工程，尚應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)計(jì)及水平膨脹力的作用。

見文獻(xiàn)[23]：筆者曾提出一種分層考慮裂隙影響的膨脹土邊坡穩(wěn)定性分析的方法，概括如下：1)仍然采用現(xiàn)有的條方法，如瑞典法、畢曉普法、摩根斯坦法等。2)將膨脹土層近似劃分為3個(gè)區(qū)域，如圖6中a、b、c所示。a區(qū)為裂縫充分發(fā)育區(qū)(強(qiáng)風(fēng)化)，厚度近似取為2hc/3，假定裂隙開展深度為hc=4 m。該層取裂隙土的強(qiáng)度指標(biāo)；b層為一般裂隙區(qū)(未充分發(fā)育，弱風(fēng)化)，厚度為hc/3，取裂隙土與原狀土強(qiáng)度指標(biāo)的平均值；c層為無裂隙區(qū)，取原狀土強(qiáng)度指標(biāo)。3)考慮滲透力，假定浸潤線沿著坡面，這是最危險(xiǎn)的情況。4)尋找危險(xiǎn)滑動(dòng)面時(shí)，要考慮局部滑動(dòng)和整體滑動(dòng)的情況。

見文獻(xiàn)[24]：緩傾角軟弱層，軟弱層傾角一般6°～10°，底部層面極光滑，具蠟狀光澤，充填連續(xù)灰白色粘土，厚1～10 mm，非常細(xì)膩稀軟；上部充填草黃色粘土，裂隙很發(fā)育，一般厚度1～4 mm,最厚達(dá)20 cm。軟弱層內(nèi)物質(zhì)的粘粒含量高達(dá)60%以上，液限最大達(dá)到64%，粘土礦物成分以蒙脫石為主。

5.1 膨脹土的地基承載力計(jì)算

取基礎(chǔ)底面處的膨脹土樣進(jìn)行試樣飽和后試驗(yàn)，按1節(jié)，飽和土X = 1，

通過計(jì)算得BS，所以，基礎(chǔ)底面處的自由水通道率Bμzi= X-BS。

結(jié)合文獻(xiàn)[2]的式(7)和文獻(xiàn)[18]的式(5.2.6)得，修正后的地基承載力特征值

fa=fak+[γ1(h1-1)+(Σγjhj)j》2-Buziu]

(20)

其中，fak為地基承載力特征值。

見文獻(xiàn)[18]：地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定，并應(yīng)符合下列要求：1)荷載較大的重要建筑物宜采用本規(guī)范附錄C現(xiàn)場浸水載荷確定；2)已有大量試驗(yàn)資料和工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定。

地基承載力的其他計(jì)算見文獻(xiàn)[18]，注意甲乙級(jí)的建筑物，均應(yīng)按地基變形設(shè)計(jì)。

5.2 膨脹土的庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算

假定當(dāng)?shù)氐牧严堕_展深度為hc(不一定是4m)。按上述將膨脹土層近似劃分為a、b、c，即3個(gè)區(qū)域。a、b區(qū)用飽和土樣，X = 1，a區(qū)自由水通道率Bu= 1，b區(qū)自由水通道率計(jì)算同5.1節(jié)。C區(qū)用實(shí)際土樣，按3.2節(jié)的式(14)和式(15)求得實(shí)際的孔隙比和飽和度，再代入表1及加上相關(guān)系數(shù)，按2節(jié)，求得飽和度系數(shù)和自由水通道率。強(qiáng)度指標(biāo)，a區(qū)取裂隙土的強(qiáng)度指標(biāo)，b區(qū)取裂隙土與原狀土強(qiáng)度指標(biāo)的平均值, c區(qū)取原狀土強(qiáng)度指標(biāo)。

然后，按文獻(xiàn)[2]的公式，進(jìn)行大氣張力系列的庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算。注意應(yīng)加上水平膨脹力的作用，要計(jì)入軟弱層的不利影響；在土坡穩(wěn)定計(jì)算中，還要計(jì)入滲透力。

6 濕陷性黃土的強(qiáng)度計(jì)算

見文獻(xiàn)[22]，在濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)濕陷性黃土的特點(diǎn)和工程要求，因地制宜，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對(duì)建筑物產(chǎn)生危害。濕陷性黃土，在一定壓力下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土?！灾貪裣菪渣S土，在上覆土的自重壓力下受水浸濕，產(chǎn)生顯著附加下沉的黃土。

防護(hù)距離：防止建筑物地基受管道、水池等滲漏影響的最小距離。

6.1 濕陷性黃土的飽和度系數(shù)和自由水通道率

取天然土樣除了常規(guī)土工試驗(yàn)得到常規(guī)參數(shù)外，還要按3.3節(jié)的室內(nèi)壓縮試驗(yàn)得到天然濕陷性黃土的骨架率、骨架飽和度和骨架孔隙比。天然土樣飽和(骨架結(jié)構(gòu)未破壞)的骨架飽和度等于100%，骨架率和骨架孔隙比同天然土樣。

然后，將土樣的骨架飽和度、骨架孔隙比以及液限指數(shù)、塑性指數(shù)或粘粒含量按2節(jié)的公式計(jì)算得到骨架的Xf和Bμf，再乘以骨架率得到

天然土樣(非飽和)X=ζfXf，Bμ=ζfBμf

(21)

天然土樣飽和Xf=1，X=1，Bμ=(1-ζf)+ζfBμf

(22)

6.2 濕陷性黃土的地基承載力計(jì)算

見文獻(xiàn)[22]，強(qiáng)制性條文：1)甲類建筑應(yīng)消除地基的全部濕陷量或采用樁基穿透全部濕陷性黃土層，或?qū)⒒A(chǔ)設(shè)置在非濕陷性黃土層上；乙丙類建筑應(yīng)消除地基的部分濕陷量。地基承載力特征值，應(yīng)保證地基在穩(wěn)定的條件下，使建筑物的沉降量不超過允許值；……對(duì)天然含水量小于塑限含水量的土，可按塑限含水量確定土的承載力。

結(jié)合文獻(xiàn)[2]的式(7)和文獻(xiàn)[22]的式(5.6.5)得，修正后的地基承載力特征值

fa=fak+ηb(γ-10Buzi)(b-3)+ηd[γ1(h1-1.5)+(Σγjhj)j》2-Buziu]

(23)

其中,fak為地基承載力特征值；Bμzi為基礎(chǔ)底面處或地基處理的下臥層頂面處的自由水通道率；ηb、ηd分別為基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)。

其實(shí)，修正后的地基承載力特征值，僅直接用于丁類建筑，對(duì)于甲乙丙類建筑，用于地基處理后的下臥層驗(yàn)算。由文獻(xiàn)[2]的式(8)，得到大氣張力下臥層頂面處有效自重壓力為

Pcz=σzFi′=Σγjhj-Buziu

(24)

再結(jié)合文獻(xiàn)[22]的式(6.1.7)和式(6.1.8)，用于地基處理的下臥層頂面的計(jì)算。

6.3 濕陷性黃土的庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算

見文獻(xiàn)[22]：1)確定滑動(dòng)面時(shí)，應(yīng)考慮濕陷性黃土地基中可能存在的豎向節(jié)理和裂隙；2)對(duì)有可能受水浸濕的濕陷性黃土地基，土的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)按飽和狀態(tài)的試驗(yàn)結(jié)果確定。見文獻(xiàn)[25]：浸水前后濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度采用快剪試驗(yàn)測(cè)定。首先將所取的天然土樣分為兩組，其中一組土樣的每個(gè)樣品均取4個(gè)環(huán)刀試樣，分別在100kPa、200kPa、300kPa以及400kPa荷載壓力下測(cè)其抗剪強(qiáng)度；另一組土樣中的每個(gè)樣品同樣取4個(gè)環(huán)刀試樣，但每個(gè)環(huán)刀試樣都進(jìn)行充分浸水，對(duì)浸水后的環(huán)刀試樣分別施加100kPa、200kPa、300kPa以及400kPa荷載壓力，待土樣下沉穩(wěn)定后再測(cè)其抗剪強(qiáng)度。最后對(duì)浸水前后濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，研究其浸水前后抗剪強(qiáng)度的變化規(guī)律。又有：浸水后濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度明顯低于天然狀態(tài)下濕陷性黃土的抗剪強(qiáng)度。

所以，首先應(yīng)考慮濕陷性黃土的土層是否會(huì)浸濕，取天然土樣試驗(yàn)或取天然土樣按上述進(jìn)行侵水濕陷穩(wěn)定后的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，得到相應(yīng)的飽和度系數(shù)、自由水通道率和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，然后按文獻(xiàn)[2]的公式，進(jìn)行大氣張力系列的庫倫抗剪強(qiáng)度、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算。注意應(yīng)考慮濕陷性黃土地基中可能存在的豎向節(jié)理和裂隙。

7 結(jié) 論

a.紅粘土與膨脹土含有較多的粘粒，存在大量的結(jié)合水，實(shí)際飽和度應(yīng)考慮由于結(jié)合水重度大于自由水的因素。蒙脫石顆粒含有較多的內(nèi)表面，該內(nèi)表面含有的結(jié)合水，實(shí)際上減少膨脹土顆粒間的水質(zhì)量及體積，增加顆粒的質(zhì)量和體積，因此，膨脹土的實(shí)際飽和度和孔隙比與常規(guī)不同。濕陷性黃土由土骨架(包括微小孔隙)和大孔隙組成，其特征為骨架率、骨架飽和度和骨架孔隙比。

b.求得特殊土的飽和度及孔隙比后，加上液限指數(shù)、塑性指數(shù)或粘粒含量，可以按一般土的方法求得特殊土的飽和度系數(shù)及自由水通道率。

c.進(jìn)一步，提出了特殊土進(jìn)行大氣張力系列的庫倫抗剪強(qiáng)度、地基承載力、郎肯土壓力、庫倫土壓力、土坡穩(wěn)定計(jì)算的方法。

d．新概念土力學(xué)以有效應(yīng)力(是土體中提供抗剪強(qiáng)度的點(diǎn)的集合所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力)的新概念為基礎(chǔ)，以抗剪極限狀態(tài)的有效應(yīng)力的大氣張力公式為基本公式。

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New Concept of Soil Mechanics and Preliminary Discussion on Special Soil Strength

MENG Li-ming,YANG Zhen-bing

(Hainan Institute of Science and Technology,Haikou 571126,China)

The article discusses the actual saturation algorithm of red clay;analyses the inner surface of bound water of montmorillonite particles influence of the three composition of expansive soil,and put forward the algorithm of expansive soil actual saturation and void ratio; we think collapsible loess by the soil skeleton (including tiny pore) and big pore, and put forward the algorithm of the skeleton ratio, skeleton saturation and skeleton void ratio.Further, we get special soil saturation coefficient and rate of free water channel.Further,we get the method on special soil carry through the capacity of foundation soil,coulomb shear strength,rankine and coulomb earth pressure, soil slope stability calculation for atmospheric tension series.The new concept of soil mechanics takes the new concept of effective stress as the basis,and takes the atmosphere tension formula of effective stress when shear limit state as the basic formula.

new concept of soil mechanics; special soil; the inner surface of the particles; skeleton ratio; skeleton saturation; skeleton void ratio

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.021

2015-03-03.

蒙理明(1955-),教授級(jí)高工.E-mail:66229258mlm@163.com