非黏性土概念

土分为非粘性土和粘性土，其中非粘性土的粒度远大于粘性土的粒度。一般的砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂都属于非粘性土。

无粘性土中密度的作用最大，它直接影响土的透水性和强度，粘性土中，联结形式是最根本的(其次才是密度)，具体表现在含水量不同而反映出的不同稠度，决定着土的力学性质。从1974年颁发的《工业与民用建筑地基基础设计规范》中亦可看出：无粘性土地基承载力取决于密实度(图1)，而一般粘性土则取决于稠度和孔隙比(图2)。

现将一般无粘性土和粘性土的不同特点及肉眼鉴定的主要特征和方法，综合归纳如图3。图4可供鉴定砂土密度参考。

为便于讨论，我们认定三种类型的非粘性上。第一种土，基本上由足够强度的中等颗粒或所受应力足够小的颗粒所组成，以致颗粒破断在土的性能中不占主要地位。第二种是基本上由大颗粒构成的土，例如填石的情况，并受到高应力，以致体积变化主要由颗粒破断决定。第三种包括可能液化或被空气润滑的细颗粒材料，如粉砂。

第一种干的非粘性土的性状可以用“临界孔隙比”一词来描述。这个术语是卡萨格兰德(Casagrande，1936)提出的。它表示极限孔隙比。在此比值以上土剪切变形时体积趋于缩小，而在比值以下材料显示出膨胀的倾向。有人证明， (Whiteman and Healy，1962)临界孔隙比是侧限压力的递减函数，又是剪切应变的递增函数。剪切应变对临界孔隙比的影响是使得所有非粘性土在足够大的应变时趋干膨胀。图5显示这些变量的典型关系。

在对地震问题有意义的速度的范围内，加荷速度对于干的非粘性土的应力—应变关系的影响是不重要的，假定条件是土孔隙中的空气在压力下不会有明显的变化。 实际上，自破坏时间为几分钟的量级变为千分之几秒的量级，使内摩擦角的增加也不会超过大约一度(Whitman and Healy，1962)。对于我们所考虑的土，孔隙压力不占重要地位.

反复交替荷载最后在所有非粘性土中引起体积减小。这对于干的或部分饱和材料并不特别重要。

如果孔隙水能以足够高的速度在材料中流进流出，不致产生明显的孔隙压力，这些土的性状与部分饱和非粘性土在定性上没有什么差别。问题只是选择适当的参数值。

另一极端的情况是不排水的、重复荷载下的三轴试验。为了描述在这些条件下土的性能，希德和李(Seed and Lee，1966)以及李和希德(Lee and Seed，1967)对初始、部分和全部液化加以区别。直到某些循环，每一循环产生的应变很小(小于百分之一)，但循环孔隙压力显示累积增加。在某些循环之后，当偏离应力为零的孔隙压力变成等于侧限应力，以致有效应力降到零。上述著者称此为初始液化。此后应变随循环次数迅速增加。在偏离应力更大的范围内孔隙压力等于侧限压力。这时称砂处于部分液化状态。当循环应变达到20%，我们就说砂已经全部液化。图6说明了两种不同相对密度砂的过程。这种现象是由于法向应力转换为超孔隙水压力，以致丧失颗粒间的压力而造成的。

对非粘性土不排水的土样试验表明，无论什么材料密度，在足够次数的荷载重复后，最后还是会发生部分和全部液化。只有在密实材料中会经过部分液化；而散砂，举例来说，就直接从满剪切强度到全部液化。

“足够的循环次数”这个词，根据不同的相对密度具有完全不同的意义。对于非常松散材料，它表示约不多于6个循环。对于非常密实的土样，它表示要反复施加剪力至少几百次。

颗粒间侧限压力对出现部分或全部液化的影响，看来在定性上和它对交替应力下干的非粘性材料体积变化的影响非常相似。平均或静力剪切的影响需要进一步研究，但大概不太重要。 2100433B