无粘性土

无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角。密实砂土的内摩擦角与初始孔隙比，土粒表面的粗糙度及颗粒级配等因素有关。松砂的内摩擦角大致与干砂的天然休止角相等。无粘性土抗剪强度是无粘性土的滑动面上的法向总应力的函数，其计算方法如下：根据库伦定律土的抗剪强度τ=σtanφ c，其中φ为内摩擦角，c为土的粘聚力。 2100433B

无粘性土的物理性质主要决定于土的密实度状态，土的湿度状态仅对细砂，粉砂有影响。无粘性土呈密实状态时，强度较大，是良好的天然地基；呈稍密，松散状态时则是一种软弱地基，尤其是饱和的粉,细砂，稳定性很差，在振动荷载作用下易发生液化失稳现象。

无粘性土实密度的划分：

（1）砂土实密度按照标准贯入击数N划分

根据现行国家标准《建筑地基基础设计实验规范》GB 50007--2011和《公路桥涵地基及基础设计规范》JTG D63--2007，用按原位标准贯入锤击数N划分砂土密实度。

密实

中密

稍密

松散

（2）碎石土密实度按重型动力触探击数划分

根据现行国家标准《建筑地基基础设计实验规范》GB 50007--2011和《公路桥涵地基及基础设计规范》JTG D63--2007，碎石土的密度可按重型（圆锥）动力触探试验锤击数

密实

中密

稍密

松散

无粘性土的击实性，无粘性土的压实标准，一般用相对密度Dr。

无粘性土情况有些不同。无粘性土的压实性也与含水量有关，不过不存在着一个最优含水量。一般在完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到较大的干密度。

潮湿状态，由于具有微弱的毛细水连结，土粒间移动所受阻力较大，不易被挤紧压实，干密度不大。

无粘性土的压实标准，一般用相对密度Dr。一般要求砂土压实至Dr>0.67，即达到密实状态。

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通过地下水渗流的室内模型试验，利用显微数码摄像可视化跟踪技术和数字图像变形量测技术观察和摄录地下水位面变化过程中土颗粒的移动轨迹，为地下水渗流引起无粘性土层沉降的细观机理分析和颗粒流数值模拟提供试验数据；并从土体内部流固耦合机制的细观层面上分析地下水渗流与土颗粒介质之间的相互作用，深入研究地下水渗流引起无粘性土层沉降的细观力学机理。基于颗粒流理论，建立地下水位面变化过程中无粘性土层沉降发展变化规律的细观理论模型，并在PFC计算软件的基础上进行二次开发，对地下水渗流过程中土颗粒的移动规律进行细观模拟，进一步从细观角度深入理解和认识地下水渗流引起无粘性土层沉降的机理；结合上海等地区无粘性土层沉降的观测资料，利用研究取得的渗流引起无粘性土层沉降机理的细观力学分析理论和相应方法，把理论预测的土层沉降结果与实际的观测资料进行对比，为地面沉降灾害的预测和治理提供参考意见。

无粘性土坡即是由粗颗粒土所堆筑的土坡。相对而言，无粘性土坡的稳定性分析比较简单，可以分为下面二种情况进行讨论。

一、均质的干坡和水下坡均质的干坡系指由一种土组成，完全在水位以上的无粘性土坡。水下土坡亦是由一种土组成，但完全在水位以下，没有渗透水流作用的无粘性土坡。在上述二种情况下，只要土坡坡面上的土颗粒在重力作用下能够保持稳定，那么，整个土坡就是稳定的。

在无粘性土坡表面取一小块土体来进行分析(右图)，设该小块土体的重量为W，其法向分力N=Wcos，切向分力T=Wsin。法向分力产生摩擦阻力，阻止土体下滑，称为抗滑力，其值为R=N·tg=Wcos·tg。切向分力T是促使小土体下滑的滑动力。则土体的稳定安全系数F_s为：

式中：

φ——土的内摩擦角(°)；

α——土坡坡角(°)。

由上式可见，当α=φ时，F_s=1，即其抗滑力等于滑动力，土坡处于极限平衡状态，此时的α就称为天然休止角。当α<φ时，土坡就是稳定的。为了使土坡具有足够的安全储备，一般取F_s=1.1～1.5。

二、有渗透水流的均质土坡

当边坡的内、外出现水位差时，例如基坑排水、坡外水位下降时，在挡水土堤内形成渗流场，如果浸润线在下游坡面逸出，这时，在浸润线以下，下游坡内的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用，因而使下游边坡的稳定性降低。

渗流力可用绘流网的方法求得。作法是先绘制流网，求滑弧范围内每一流网网格的平均水力梯度i，从而求得作用在网格上的渗透(流)力：

式中：

γ_w——水的重度；

A_i——网格的面积。

求出每一个网格上的渗透力J_i后，便可求得滑弧范围内渗透力的合力T_J。将此力作为滑弧范围内的外力(滑动力)进行计算，在滑动力矩中增加一项：

式中：l_J——T_J距圆心的距离。

如果水流方向与水平面呈夹角θ，则沿水流方向的渗透力j=γ_wi。在坡面上取土体V中的土骨架为隔离体，其有效的重量为γ'V。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为J=jV=γ_wiV。因此，沿坡面的全部滑动力，包括重力和渗透力为：

T=γ’Vsinα γ_wiVcos（α-θ）

坡面的正压力为：

N=γ’Vcosα γ_wiVsin（α-θ）

则土体沿坡面滑动的稳定安全系数：

式中：

i——渗透坡降；

γ‘——土的浮重度；

γ_w——水的重度；

φ——土的内摩擦角。

若水流在逸出段顺着坡面流动，即θ=α。这时，流经路途ds的水头损失为dh，所以，有

将其代入稳定安全系数公式，得：

由此可见，当逸出段为顺坡渗流时，土坡稳定安全系数降低γ’/γ_sat。因此，要保持同样的安全度，有渗流逸出时的坡角比没有渗流逸出时要平缓得多。为了使土坡的设计既经济又合理，在实际工程中，一般要在下游坝址处设置排水棱体，使渗透水流不直接从下游坡面逸出(右图)。这时的下游坡面虽然没有浸润线逸出，但是，在下游坡内，浸润线以下的土体仍然受到渗透力的作用。这种渗透力是一种滑动力，它将降低从浸润线以下通过的滑动面的稳定性。这时深层滑动面(如图中虚线表示)的稳定性可能比下游坡面的稳定性差，即危险的滑动面向深层发展。这种情况下，除了要按前述方法验算坡面的稳定性外，还应该用圆弧滑动法验算深层滑动的可能性。