1.3 本书的主要研究问题概要

目前对于土体的干湿循环过程中变形、强度变化规律的研究较多,而对经过多次干湿循环后土-水特征曲线的试验研究较少。由于吸力平衡需要的时间太长,对干湿循环过程中土-水特征曲线的研究也多限于单次的干湿循环试验。但是考虑到实际岩土工程中气候条件的多变性和自然环境的复杂性,一般土体均要经历多次干湿循环,因此对多次干湿循环后的土-水特性曲线研究显得非常重要。

现在被广泛公认的由Fredlund提出的非饱和土力学的双参数理论,即净应力和吸力为非饱和土的应力状态变量,不能直接考虑吸力历史及其饱和度对非饱和土的应力应变关系和强度的影响。吸力历史对非饱和土的应力应变关系和强度仍具有显著的影响,即使施加相同的应力状态量(净应力和吸力)下,经历不同吸力历史的土样其应力应变关系和强度仍具有显著的差别。Sun等(2010)[96]已经研究了试样经历先吸湿后脱湿的吸力路径对强度和变形的影响,对于试样经历先脱湿后吸湿的吸力历史而未进行研究。而Tse和Ng(2008)[97]、Khoury和Miller(2012)[98]和龚壁卫等(2006)[99]用直剪仪研究不同的吸力历史对土体强度的影响。Ng和Xu(2012)[100]的研究未涉及在大应变范围内吸力比及其吸力历史对非饱和土力学性质的影响,因此深入研究不同吸力历史对非饱和土水力-力学性质影响显得非常必要。

本书以南水北调中线南阳段第二施工标段内的膨胀土和珍珠土为试验材料,利用可控制吸力和量测吸力的非饱和土固结仪和非饱和三轴仪,开展干湿循环下的多次干湿循环后土-水特征曲线及其模拟和非饱和土水力-力学性质的试验研究,具体的研究内容如下:

第2章全吸力内南阳膨胀土土-水特征曲线的试验研究,采用压力板、滤纸法和蒸汽平衡法对南阳膨胀土进行了土-水特性试验,得到全吸力范围内的土-水特征的脱湿曲线和吸湿曲线。即分析含水率、吸力、孔隙比以及饱和度之间的关系,从而得出这些参数之间的相互关系,为南水北调中线工程的设计与施工提供可靠的参数,同时为我国典型的膨胀土的水力和力学性质研究提供基础数据。

第3章根据现有文献中的多次干湿循环的土-水特征曲线的试验数据,总结出已有的试验数据的脱湿曲线与吸湿曲线随着干湿循环次数的变化规律,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-水特征曲线的方法。本方法仅需要土-水特征曲线的首次干湿循环脱湿与吸湿曲线和塑性指数,就可以预测多次干湿循环后的土-水特征曲线。

第4章用GDS非饱和土三轴试验仪器和饱和盐溶液,在较广吸力范围内,对经历不同吸力历史的非膨胀性珍珠土进行了系列的等p(平均净应力)三轴试验研究,以便发现吸力历史对非膨胀性非饱和土水力-力学性质影响的规律。

第5章用FLSY30-1型非饱和土三轴试验仪器和饱和盐溶液,在较广吸力范围内,对经历不同吸力历史的南阳弱膨胀性土进行系列的等围压试验研究,以便研究吸力历史对南阳弱膨胀土力学性质的影响。同时比较分析了吸力历史对非膨胀性珍珠土和南阳弱膨胀性土力学性质影响的异同点,以便为水力-力学特性耦合的弹塑性本构模型准确定量模拟非饱和土的性质提供基础性试验数据。

第6章展望。对主要研究成果进行全面总结,指出研究中的不足,提出在后续研究中需要进一步展开的研究内容。