基质吸力

2019/12/13StudyonInfluenceofRainfallInfiltrationonSlopeStability2019/12/13内容1.问题的提出2.基本理论3.研究现状4.本文研究内容1.问题的提出•土质边坡稳定性计算的传统方法是用饱和土体强度理论，结果有失精确性，而且土质边坡大部分为非饱和区，不能忽略基质吸力的作用。•基质吸力能增加土体的抗剪强度，而非饱和土体随着含水率的不同，其基质吸力也会发生变化，从而使得土体的抗剪强度指标发生变化，边坡稳定性受到影响。2019/12/132.基本理论•Bishop非饱和土体强度公式其中，χ是一系数，取决于土体饱和度、土类、干湿循环以及加载和吸力的应力路线。对于低塑性土，如砂土，可用饱和度Sr代替χ。2019/12/13𝜏𝑓=c’+[(σ-ua)+χ(ua-uw)]tan𝜑’2.基本理论•Fredlund双应力状态变量公式（平均骨架应力的思想）其中，𝜑𝑏是由非饱和土体负孔隙水压力（基质吸力）所产生的附加内摩擦角，可由非饱和土三轴仪测得。2019/12/13𝜏𝑓=c’+(σ-ua)tan𝜑’+(ua-uw)tan𝜑𝑏2.基本理论•基质吸力非饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水—气分界面（收缩膜）具有表面张力，在非饱和土中，孔隙气压力与孔隙水压力不相等，并且孔隙气压力大于孔隙水压力，收缩膜承受着大于水压力的空气压力，这个压力差值称为基质吸力。2019/12/132.基本理论•基质吸力（基于毛细模型）平面P外=P内凹面P外P内故存在压差ΔP，使得P外=P内+ΔP2019/12/132.基本理论•基质吸力（基于毛细模型）Young-Laplace公式：ΔP=σ（1/r1-1/r2）•其中，ΔP为弯液面两侧压差，σ为表面张力，r1r2为弯液面两个正交方向的曲率半径。2019/12/132.基本理论•基质吸力量测方法：张力计法，滤纸法，热电阻法，压力陶瓷法，吸力平板仪法。2019/12/132.基本理论•理论解释[1]三粒子吸力模型四粒子吸力模型2019/12/133.研究现状•研究思路[2]：含水率吸力（场）抗剪强度（场）边坡稳定•非饱和土体抗剪（总）强度指标随含水率变化的规律研究杨和平[3]：对非饱和膨胀土进行直剪实验，得出lgc=-aw+b,lgφ=-cw+d。李金玉[1]：对残积土进行剪切试验，得出：2019/12/133.研究现状内摩擦角基本保持不变，lgc=Aw+B，c=E+Fu龚壁卫[4]：土体脱湿-吸湿过程不重合，故同一基质吸力对应含水率有可能不同。边坡稳定性研究要注重干湿循环效应。姚海林[5]：对于膨胀土边坡，降雨对稳定系数的影响存在临界雨强，干缩裂隙在渗透性小于降雨强度时，对边坡渗流场影响不大。2019/12/134.本文研究的内容利用室内降雨模拟系统，对模型边坡进行模拟降雨，并利用吸力检测系统对模型各断面吸力变化进行检测记录。实验控制变量：边坡角度，降雨强度，降雨持时。2019/12/134.本文研究的内容2019/12/13边坡模型断面及传感器的位置布置图4.本文研究的内容2019/12/1325°边坡ABD断面处测点基质吸力随降雨持时变化图典型测点基质吸力随时间变化图0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.000.005.0010.0015.0020.0025.00时间（h）基质吸力（kpa）降雨强速1.06mm/min降雨强速1.16mm/min降雨强速1.87mm/min降雨强速2.62mm/min典型测点基质吸力随时间变化图-1.000.001.002.003.004.005.006.007.008.009.000.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间（h）基质吸力（kpa）降雨强度2.62mm/min降雨强度1.87mm/min降雨强度1.16mm/min降雨强度1.06mm/min4.本文研究的内容2019/12/1325°边坡在1.16mm/min降雨条件下各埋深处测点沿程基质吸力值透水石埋深3cm时基质吸力沿程变化-20246810121416020406080100120流程(cm)基质吸力(kpa)实验初始实验进行24h实验进行12h透水石埋深5cm时基质吸力沿程变化0246810121416020406080100120流程(cm)基质吸力(kpa)实验进行24h实验初始实验进行12h透水石埋深8cm时基质吸力沿程变化0246810121416020406080100120流程(cm)基质吸力(kpa)实验初始实验进行12h实验进行24h4.本文研究的内容2019/12/13（1）在同一降雨强度下，随着流程的增加，边坡各断面测点基质吸力随着雨水的渗入，都逐渐减小，且各测点沿着流程前12h，基质吸力下降较快，后12h下降减慢；在同一断面，基质吸力后12h较前12h递减值大，其中，坡脚处变化较为剧烈。降雨强度增大，各递减值增大。4.本文研究的内容2019/12/13（2）同一断面，随着测点深度的增加，基质吸力受降雨的影响逐渐减弱，基质吸力递减值减小。4.本文研究的内容2019/12/13本文可以继续研究的内容：（1）降雨导致的水力冲蚀，对降雨入渗，边坡稳定的影响（结合降雨侵蚀）。（2）在干湿循环效应下，降雨侵蚀的发展以及边坡稳定的变化。（3）级配不同的土，与边坡稳定性的关系。参考文献2019/12/13[1]李金玉,杨庆,孟长江.非饱和抗剪强度指标c、φ值与含水率w的关系[J].岩土工程技术,2010,24(5).[2]杨和平,张锐,郑健龙.非饱和膨胀土总强度指标随饱和度变化规律[J].土木工程学报,2006,39(4):58-62.[3]姚海林,郑少河,李文斌,等.降雨入渗对非饱和膨胀土边坡稳定性影响的参数研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(7):1034-1039.[4]龚壁卫,周小文,周武华.干-湿循环过程中吸力与强度关系研究[J].岩土工程学报,2006,28(2):207-209.