陳茜　郭鴻

摘要：非飽和土的變形除受應(yīng)力影響外，還與土中含水率及其變化有關(guān)。在非飽和土計(jì)算模型中引入含水率，雖然建立的是經(jīng)驗(yàn)公式，但非常直觀，作為一種近似而實(shí)用的處理方法值得深入研究和進(jìn)一步發(fā)展。分別從加工硬化曲線的試驗(yàn)參數(shù)與含水率的關(guān)系和加工硬化曲線的割線模量與含水率的關(guān)系兩個(gè)不同的角度出發(fā)，提出了考慮含水率的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的構(gòu)建方法。結(jié)合具體試驗(yàn)展示了2種方法的實(shí)現(xiàn)過程，并對(duì)模型的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)的結(jié)果表明2種方法的計(jì)算值均能于試驗(yàn)值較好吻合。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)2種模型進(jìn)行了比較。結(jié)果表明方法1的計(jì)算值要比方法2的計(jì)算值稍小。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力；應(yīng)變；含水率關(guān)系；曲線；方法

中圖分類號(hào)：TU435 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-4764（2015）04-0097-08

Abstract： Both water content and stress influence the deformation of unsaturated soils. Although the formula established by introducing water content to the unsaturated soil calculation model is empirical formula， it is extremely intuitive， and important to develop further. Based on the relation of test parameters of harden curve and water contents， and the relation of secant modulus of harden curve and water content， two approaches where water content is taken account of are established. Experiment is conducted to present the realizing processes of two methods， and the models are also verified. The results show that the results of the two methods both agree with test data very well. and the results of method one are smaller than those of method two.

Key words： The stress-strain-water contents relationship；curve；method

非飽和土的變形除受應(yīng)力影響外，還與土中含水率及其變化有關(guān)[1-3]。含水率變化對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的影響是非飽和土研究的一個(gè)重要問題。吸力和含水率作為研究這一問題時(shí)可供選擇的兩種物理量。其中，吸力是一種應(yīng)力，可以直接且方便地利用現(xiàn)有的模型假定，將其引入各種模型中，這樣的作法也更嚴(yán)格，如著名的Bishop有效應(yīng)力強(qiáng)度公式[4]和Fredlund的雙應(yīng)力變量強(qiáng)度公式[5]等，都含有吸力項(xiàng)。但是，由于吸力獲取的困難性，限制了引入吸力的非飽和土研究成果被廣泛地實(shí)際運(yùn)用。相對(duì)而言，土體含水率更容易獲得。在含水率與強(qiáng)度的關(guān)系研究方面，學(xué)者們已進(jìn)行了大量工作。 Fredlund等[6]研究了土的抗剪強(qiáng)度隨含水率變化規(guī)律。龔壁衛(wèi)等[7]研究了含水率對(duì)非飽和擊實(shí)膨脹土總應(yīng)力強(qiáng)度的影響。劉艷等[8]在已有研究成果的基礎(chǔ)上建立了水力-力學(xué)耦合的非飽和土本構(gòu)模型。 王曉亮等[9]研究了雨水滲流對(duì)非飽和土土壓力的影響，得到了在降雨條件下考慮中主應(yīng)力的非飽和土抗剪強(qiáng)度公式。劉東燕等[10]研究了在土體含水率發(fā)生變化時(shí)基質(zhì)吸力對(duì)路基非飽和土抗剪強(qiáng)度的影響，并得到抗剪強(qiáng)度峰值。湯連生等[11-13]提出了濕吸力的概念，并對(duì)非飽和土的濕吸力與含水率的定量關(guān)系進(jìn)行了研究，再一次論證了非飽和土的強(qiáng)度隨含水率的增加先增大后減小的事實(shí)。 駱以道[14]分析了含水狀態(tài)對(duì)壓實(shí)土抗剪強(qiáng)度的影響機(jī)制，研究含水狀態(tài)變化對(duì)壓實(shí)土抗剪強(qiáng)度影響。熊乘仁等[15]及邢鮮麗等[16]分別探討了重塑非飽和粘土及黃土抗剪強(qiáng)度參數(shù)與飽和度的關(guān)系。凌華等[17-18]研究了非飽和土強(qiáng)度和變形隨含水率的變化規(guī)律并建立相關(guān)公式。陳存禮等[19]對(duì)不同初始吸力非飽和原狀黃土在常含水率下吸力和力學(xué)特性關(guān)系開展研究。在非飽和土計(jì)算模型中引入含水率，雖然建立的往往是經(jīng)驗(yàn)公式，但非常直觀，易于接受，作為一種近似而實(shí)用的處理方法值得深入研究和進(jìn)一步發(fā)展[2]。

本文注重探討構(gòu)建考慮含水率的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的基本方法，結(jié)合具體試驗(yàn)，展示方法的實(shí)現(xiàn)過程，并對(duì)構(gòu)建的關(guān)系曲線進(jìn)行檢驗(yàn)。

圖7中黑色米字符表示試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了便于比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)的關(guān)系，將計(jì)算曲面設(shè)置為半透明。由圖7可見，計(jì)算曲面和試驗(yàn)數(shù)據(jù)連線的變化趨勢(shì)基本一致，并且試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在計(jì)算曲面兩側(cè)較小的范圍內(nèi)，二者能夠較好地吻合，說明方法二獲得的關(guān)系曲線具有合理性。

2.3 2種方法的對(duì)比

為了表達(dá)方便，將方法1的計(jì)算值記作z1，將方法2的計(jì)算值記作z2。對(duì)方法1和方法2進(jìn)行對(duì)比時(shí)，只需考察z1與z2的比值關(guān)系，即z1/ z2的值。當(dāng)比值等于1時(shí)，二者相等；當(dāng)比值大于1時(shí)，說明方法1的計(jì)算值比方法2要大；反之，說明方法1的計(jì)算值比方法2要小。z1/ z2與主應(yīng)變和含水率的關(guān)系見圖8，作z1/ z2的等高線圖見圖9。

由圖8、圖9可見，2種方法的計(jì)算值的比值主要集中在1.0附近。僅當(dāng)應(yīng)變?cè)?%以內(nèi)，含水率在14%～32%這樣的較小區(qū)域內(nèi)二者的比值小于0.85。說明這2種方法的計(jì)算值很接近。若對(duì)2種方法的計(jì)算值進(jìn)行細(xì)致對(duì)比的話，方法1的計(jì)算值要比方法2的計(jì)算值稍小。

3 結(jié) 論

分別從加工硬化曲線的試驗(yàn)參數(shù)與含水率的關(guān)系和加工硬化曲線的割線模量與含水率的關(guān)系2個(gè)不同的角度出發(fā)，提出了2種不同的構(gòu)建考慮含水率的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線的方法。結(jié)合具體試驗(yàn)展示了2種方法的實(shí)現(xiàn)過程，并對(duì)關(guān)系曲線的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的結(jié)果表明2種方法獲取的關(guān)系曲線均能于試驗(yàn)值較好吻合。最后，就試驗(yàn)結(jié)果對(duì)2種方法獲取的關(guān)系曲線進(jìn)行了比較，比較的結(jié)果表明2種方法的計(jì)算值很接近。在試驗(yàn)中若對(duì)兩種方法的計(jì)算值進(jìn)行細(xì)致對(duì)比的話，方法1的計(jì)算值要比方法2的計(jì)算值稍小。

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（編輯 胡 玲）