前言

由于非饱和土是一种三相介质,土颗粒形成的骨架之间的孔隙中充填着水和空气,三相比例不同,土体的工程性质差别甚大,这种特性使非饱和土的水力、力学性能比饱和土更容易受到外界环境影响,例如地下水位的变化、降雨和蒸发作用等。蒸发、干旱作用等会使土体从饱和状态变成非饱和状态,降雨会使土体从非饱和状态变成饱和状态,其强度、变形和渗流特性都会发生显著的变化,造成非饱和土水力-力学特性比饱和土复杂。因此在分析和设计重要基础设施,如建筑地基、水坝、公路、斜坡、隧道和废物防护设施时很难准确地分析和设计,往往造成严重工程事故和地质灾害。例如,蒸发引起膨胀土的收缩导致建筑物、路桥等基础产生开裂,降雨后沟渠边坡失稳破坏,隧道在开挖时遇水后的塌陷,湿陷性黄土雨后的过量沉降等。包承纲和詹良通也指出：“非饱和土工程问题时有发生,在世界上有超过60%以上的国家都曾经或者正在遭受非饱和特殊土所带来的工程危害。”可见干湿循环作用下的非饱和土水力-力学性质的研究具有非常重要的理论和实践意义。

由于降雨入渗和蒸发作用使地球表面的岩土体一般要经历无数次的干湿循环作用,多次干湿循环作用对非饱和土的水力-力学性质有着显著的影响。最近,干湿循环作用对非饱和土水力-力学性质的影响引起了大家特别的重视。同时由于非膨胀性非饱和土与膨胀性非饱和土不同的特性,必然导致干湿循环作用对非膨胀性非饱和土与膨胀性非饱和土存在不同的影响。因此开展干湿循环作用下的非膨胀性和膨胀性的非饱和土水力-力学性质的试验及其土-水特征曲线模拟研究,为分析岩土体干湿循环作用下的工程特性和合理处理岩土工程问题提供基础的实验数据,并在此基础上建立考虑干湿循环作用所引起的吸力历史的非饱和土本构关系具有重要的研究意义。

为了准确地分析岩土体在干湿循环作用下的特性和合理处理岩土工程问题,本书主要开展了干湿循环下的多次干湿循环后土-水特征曲线模拟和非饱和土水力-力学性质试验的研究,并用压力板法、滤纸法和蒸汽平衡法三种不同控制或测量吸力方法,系统地研究了全吸力范围内的南阳膨胀土的土-水特性。在综合分析文献中已有试验数据的基础上,通过引入一个与干湿循环次数有关的函数,提出能预测多次干湿循环后土-水特征曲线的模拟方法。用非饱和土三轴仪器,分别对较广吸力范围内经历不同吸力历史的非膨胀性珍珠土和膨胀土进行了一系列的三轴剪切试验,系统研究了非饱和土的水力-力学性质。

本书是在博士导师孙德安教授和硕士导师姜彤教授的悉心指导下完成的,在此谨向孙老师和姜老师致以崇高的敬意和由衷的感谢！本书得到了国家自然科学基金项目吸力控制“干湿循环作用下非饱和膨胀土的表面裂隙和微观结构形态演化规律及其定量描述”(编号：41602295)和国家自然科学基金NSFC-河南联合基金项目“豫西锁固型滑坡演化机理及其动态追踪预警方法”(编号：U1704243)的资助。

作者

2018年6月