非饱和土吸力的研究和在土坡稳定中的应用

测量得南水北调中线膨胀土和山西高速公路湿陷性黄土的水分特征曲线、及其吸力和应力路径、剪切位移间的关系。完成了用滤纸法、张力计和热传导探头三种方法长期监测挖方和填方土坡的基质吸力随深度和气象条件的变化。率定了国产双圈牌定量分析滤纸的基质吸力和含水量关系曲线，探明了滤纸法平衡时间、初始含水量和接触面积等因素对吸力测量结果的影响，研制成在野外钻孔中用滤纸法测量基质吸力的装置，调整橡皮囊中气压为60kPa，可准确方便的测得土坡中不同深度处的基质吸力。分析了滤纸法测吸力的精度和各种测量方法的优劣，并将基质吸力对强度的贡献考虑进土坡的稳定分析，编制了程序，为膨胀土和湿陷性黄土等非饱和土边坡的稳定预测提供了依据。 2100433B

基质吸力也就是毛管吸力。非饱和土中的孔隙水压力常为负值，当孔隙气压力等于大气压力时，基质吸力即等于孔隙水压力的绝对值 。

基质吸力对非饱和土的抗剪强度和胀缩变形特性有重要的影响，已成为土力学中的一个新的研究领域 。

土体中含有气体使非饱和土的性质远比两相的饱和土复杂，饱和土的某些原理对非饱和土不再适用，或者需要重新论证。弄清非饱和土的基本性状和工程性状及其主要影响因素，在此感性认识的基础上进行性质抽象和关系抽象，建立非饱和土研究的基本思路，探索在工程中考虑这些性状的本构关系和定性的、定量的分析方法，提出合理的计算公式，选择合适的特性参数试验方法（尤其是吸力的量测技术），确定各特性参数量值的范围，并将分析结果在实践中进行验证和修正等：这些就是非饱和土力学研究的主要任务。

非饱和土体中存在着大小和形状多变的孔道体系，当水分很少时，水分只能占据细的“狭颈”孔道，且互不连续，这时气相与外界大气连通（平衡）。这种状态在俞陈划分法中称为“气开敞”。另一种与此相反，当土中的水分很多时，液相不仅占据了全部小孔道，而且也占据了大孔道，气相被液体分割包围，形成弧立气泡悬浮于液体中，气相完全被封闭，与大气不能连通，固液气三相的界面现象消失，这时，非饱和土与饱和土的性状差别主要在于前者孔隙中的液体是可压缩的，而后者孔隙中的液体不可压缩，此即为气相的“完全封闭状态”。上述两种情况比较极端，也比较简单，介于上述两阶段之间的形态，则要复杂得多。对此，有不同的划分法，三阶段划分法将其称为“双开敞”阶段，即气相和液相均向大气开敞的意思，但这样划分似乎过于简单化了。事实上，“双开敞”的形态是一个很不稳定的阶段。当水分从“气相完全连通形态”增大时，土体中的部分不连续水相可以逐步地接续起来，并与外界相通。但这种情况只是部分发生，其余部分仍保留着气相与外界（大气）连通的状况。在这一阶段，土体受压后的变形将是相当迅速的。这阶段在“四形态的划分”中称之为“气相的部分连通形态”。当土中的水分继续增多时，不连续水的接续现象会继续发展和漫延，由于毛细水的迁移，在土体的表部首先将会形成连续的水膜，从而把气相与大气暂时隔离开来。这时，气相仅在土体内部存在连通现象，它在四形态划分中称为“气相的内部连通形态”。研究表明，非饱和土处于“内部连通”与处于“部分连通”时的性状将有显著的不同。在上述四种形态中，不言而喻，部分连通与内部连通两种形态将是非饱和土力学的主要研究对象。因为对于完全连通状态，可以看作“干土”，问题比较简单；而对于完全封闭形态，则可将它简化为内部充满可压缩流体的饱和土，许多饱和土的成果可以延伸和利用，故不是非饱和土研究的重点。