高等土力学非饱和土

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1、非饱和土力学上海大学土木工程系孙德安非饱和土力学¢绪论¢吸力¢非饱和土的土水特性（保水特性）¢非饱和土的力学性质£渗透性£变形£强度¢固结理论Aridandsemi-aridareasusuallyhaveadeepground-watertable.SoilslocatedabovetheWThavenegativepore-waterpressure.Thesoilsaredesaturatedduetotheexcessiveevaporationandevapotranspiration(蒸腾）MapDescription¢Usingtheratioofmeanann

2、ualprecipitationtomeanannualpotentialevapotranspiration,worldisdividedinto6aridityzones:hyper-arid,arid,semi-arid,drysub-humid,andhumid.¢Thehumidzoneisthemostextensive,coveringabout1/3totallandarea,itcoversmostofEuropeandCentralAmerica,andlargeportionsofSoutheastAsia,easternNorthAmerica,cen

3、tralSouthAmerica,centralAfrica.¢Thehyper-aridzoneistheleastextensive,coveringapproximately8%oftotallandarea,andisrepresentedmostpredominantlybytheSaharanDesert.Hyper-aridlandsgenerallyareunsuitableforgrowingcrops.Drylandsincludethearid,semi-arid,anddrysub-humidzonesandcoveralmost54millionkm

4、2oftheglobe.干旱:arid；半干旱:semi-arid;湿润：Humid降雨LocalverticalzonesofunsaturatedsoilsRegionaldistributionofunsaturatedsoilsGROUNDWATERTABLE-WaterfillingthevoidsSOIL-AirinadissolvedstateSATURATEDUnsaturatedSoilREVasaFourPhaseSystemREV=RepresentativeElementalVolume-TwoPhasesthatAirdeformandcometor

5、estunderastressSoilparticlesContractileskingradient(SOLIDS)-Soilstructure-ContractileskinWater-Twophasesthatcontinuouslyflowunderastressgradient(FLUIDS)-Water-Air第一节毛细管作用和吸力饱和土力学讨论了地下水位以下水的流动，土的变形和强度。非饱和土力学研究从地表面到地下水面之间土的性质。这部分土的孔隙中，通常同时存在着水和空气，呈非饱和状态。可以认为，这部分土中的水来源于地表面雨水等的渗透和由于毛细管的作用地下水对它的

6、补给照片是用圆铝棒堆积层模拟土的二维模型，在圆铝棒堆积层中加水，粒子间的孔隙中有水吸附。从相片中可以观察到，粒子接点处积聚着水，形成了弯液面2P(=uu)bT−π+π(2b)saw土中的孔隙是很复杂的，形成了无数的毛细管。把毛细管用左图所示的下部浸水的半径为r的圆管代替，在这个简化的毛细管圆管中，水可以上升到某一高度，这叫做毛细管作用。毛细管作用是因为水的表面张力作用而产生的现象。水的表面张力，是因为水分子引力作用产生的沿着水表面的一种张力，可以形象地理解为在水的表面粘有一层薄薄的橡胶膜一样的东西，薄水膜粘在圆管的内壁上，由于表面张力的作用，把圆管内的水向上拉，使水位上升土中

7、水πr2hγ=2πrTcosαcw毛2Tcosα上升高度h=细αcTrγ管ω毛细升高与孔径成反比hc粘土粉土砂土2r砾石土中毛细水上升高度在25oC时，水的表面张力T≈0.075gf/cm，水的重度=1gf/cm3，如果取≈α0，由上式得水面上升高度hc为hr=0.15/ch和r都以cm为单位。圆管半径r越小，水面上升高度ch越大。实际上土中的孔隙并不是圆管，如果用与圆c管半径r等价的孔隙比e和有效粒径d(cm)的积来表10示，可得hCe=/(d)c10C是由土颗粒的粒径和表面粗糙程度等因素决定的系数，