第1章引言非飽和土吸力與持水特性的研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述在非飽和土的研究中，土中吸力的研究既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。由于非飽和土是一種三相組合材料（固、氣、液三相組合），比起飽和土，非飽和土的力學(xué)性質(zhì)往往更為復(fù)雜，究其原因，則是土中的水氣界面處存在彎液面收縮膜，從而導(dǎo)致土中吸力的產(chǎn)生[23]。在上世紀(jì)末，土中存在吸力的理論概念就已經(jīng)在土壤物理學(xué)中得到了發(fā)展。一般認(rèn)為，土中吸力通常為“總吸力”，它由兩個(gè)部分組成，分為基質(zhì)吸力和滲透吸力。其中基質(zhì)吸力可以和毛細(xì)現(xiàn)象聯(lián)系在一起，毛細(xì)現(xiàn)象是由水的表面張力存在而引起的，可以用水面在毛細(xì)管中的上升狀態(tài)來解釋這一現(xiàn)象如圖1.3。而滲透吸力則和土中含有的可溶解鹽類有關(guān)，所以滲透吸力也可稱為溶質(zhì)吸力[24]。圖1.3毛細(xì)現(xiàn)象[25]在研究非飽和土吸力初期階段，通常把土的含水量或飽和狀態(tài)看作影響基質(zhì)吸力的主要因素，在一段時(shí)期內(nèi)基質(zhì)吸力成為了非飽和土研究的核心。然而在非飽和土吸力研究的不斷推進(jìn)中，越來越多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，不能簡單的用基質(zhì)吸力來解釋非飽和土的強(qiáng)度及變形問題，關(guān)于土顆粒間的研究則更為重視起來。沈珠江[26]提出了廣義吸力的概念，他認(rèn)為不只有基質(zhì)吸力可以增加顆粒間抗滑阻力，顆粒之間的膠結(jié)力和咬合力同樣可以提高抗滑阻力，并認(rèn)為只要是能增加顆粒間抗滑阻力的因素都可概括為廣義吸力。湯連生[27]提出了濕吸力這一新的概念，濕吸力是由于土中的水分對(duì)土顆粒潤濕后，水的表面張力對(duì)土顆粒產(chǎn)生了吸力，并認(rèn)為濕吸力和結(jié)構(gòu)吸力是土顆粒間吸力的決定性因素，且結(jié)構(gòu)吸力更為復(fù)雜，需要把濕吸力和結(jié)構(gòu)吸力分開來進(jìn)行研究。欒茂田等[28]在熱力學(xué)理論的條件下，提出了一個(gè)有別于基質(zhì)吸力卻又與之密切相關(guān)的概念-張力吸力，并借助等效吸力的概念，找到了由基質(zhì)吸力和張力吸力分別產(chǎn)生的等效吸力在水封閉非飽和土中飽和度的改變下它們之間存在負(fù)相關(guān)的關(guān)系。由此可見，很多新的吸力的概念被提出，意味著非飽和土吸力的研究也在不斷的拓寬和深入，這對(duì)促進(jìn)非飽和土的研究也有著很重要意義。本文研究對(duì)象為西安黃土，這類黃土也是一種典型的非飽和土，對(duì)于黃土的吸力，國內(nèi)學(xué)者也有大量的研究和試驗(yàn)。黨進(jìn)謙等[29]用壓力板法研究發(fā)現(xiàn)陜西關(guān)中地區(qū)非飽和黃土的基質(zhì)吸力包含了毛管力與吸著力兩個(gè)部分，在不同吸力情況下土壤中的含水量在毛管水和吸著水之間占比不同，且隨著基質(zhì)吸力的變化而變化。計(jì)博勛等[30]在室內(nèi)展開了對(duì)蘭州地區(qū)采集到的非飽和黃土土樣的試驗(yàn)，得出控制非飽和黃土基質(zhì)吸力變化的三個(gè)主要因素是結(jié)構(gòu)性、礦物成分以及可溶鹽含量這一結(jié)果。員康鋒等[31]在控制吸力的條件下對(duì)山西晉南地區(qū)原狀非飽和黃土進(jìn)行了三軸試驗(yàn)，找到了非飽和黃土基質(zhì)吸力對(duì)黃土土體強(qiáng)度的影響規(guī)律。方瑾瑾等[32]為研究黃土的有效應(yīng)力，利用真三軸儀對(duì)Q3原狀黃土進(jìn)行剪切試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了非飽和黃土基質(zhì)吸力在復(fù)雜應(yīng)力作用下的變化特性與凈圍壓和中主應(yīng)力存在緊密聯(lián)系。許多有關(guān)非飽和土的研究都是圍繞著土的吸力問題展開的，其中非飽和土的持水特性研究就和吸力有關(guān)，通常引入土水特征曲線（SWCC）來直觀地表現(xiàn)非飽和土的水力特性。非飽和土的土水特征曲線是定義其吸力與體積含水率或有效飽和度之間的關(guān)系曲線，通過對(duì)土水特征曲線的測量與研究，可以較為直觀地分析非飽和土的滲透、水力、強(qiáng)度和變形特性[33]。影響土水特征曲線的因素也眾多，其中包含土中存在的礦物成分、孔隙比及孔隙結(jié)構(gòu)、土壤溫度、土的干密度等。崔凱等[34]分析了川西地區(qū)的一種非飽和混合土的礦物成分，發(fā)現(xiàn)土中親水性礦物的含量對(duì)土水特征有一定影響，主要體現(xiàn)在對(duì)基質(zhì)吸力的影響。王協(xié)群等[35]在相同含水率的條件下，將土樣壓實(shí)到不同壓實(shí)度后，研究其壓實(shí)后的土水特性，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)度對(duì)土水特征曲線的影響在曲線中段較為明顯，而在高吸力和含水量較高時(shí)影響不明顯。鄒維列等[36]在等應(yīng)力和等孔隙比條件下探究了壓實(shí)土樣的持水特性，在豎向應(yīng)力狀態(tài)不發(fā)生改變時(shí)，孔隙比不同對(duì)土水特征曲線影響變化較大，而孔隙比相同時(shí)，豎向應(yīng)力狀態(tài)的改變幾乎不影響土水特征曲線，由此確定孔隙比對(duì)土水特征曲線存在較大影響。非飽和黃土的持水特性研究方面，景靜等[37]在干濕循環(huán)條件下利用GCTS壓力儀研究不同干密度的重塑非飽和黃土的土水特征曲線，發(fā)現(xiàn)土體的滲透系數(shù)隨初始干密度增大而減小，隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而增大，且體積含水量及基質(zhì)吸力均與滲透系數(shù)有關(guān)，符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系。王鐵行等[38]對(duì)擾動(dòng)黃土進(jìn)行試驗(yàn)，在不同密度和溫度下測得黃土土樣的土水特征曲線，發(fā)現(xiàn)改變密度對(duì)基質(zhì)吸力的變化影響較大，溫度的變化則相對(duì)影響較小，而在低含水率時(shí)，溫度的變化則對(duì)吸力變化產(chǎn)生較大影響。褚峰等[39]對(duì)西安原狀Q3黃土進(jìn)行了固結(jié)試驗(yàn)可見下圖1.4，不同干密度下，在低含水率變化下初始吸力變化較大，含水率較高時(shí)，含水率的變化則對(duì)初始吸力影響不明顯，在相同含水率時(shí)干密度的增大影響土水特征曲線向右上方移動(dòng)，且對(duì)初始吸力變化影響較大。韋鋒等[40]通過固結(jié)試驗(yàn)和壓力板試驗(yàn)測得非飽和Q3原狀黃土和重塑黃土的土水特征曲線，比較了它們之間持水特性存在的差異，這個(gè)結(jié)果是因?yàn)樵瓲铧S土和重塑黃土結(jié)構(gòu)性的差異導(dǎo)致的，說明了黃土的持水特性和黃土結(jié)構(gòu)性存在緊密聯(lián)系。圖1.4不同干密度下的初始土水特征曲線[39]參考文獻(xiàn)[1]孫建中.黃土地質(zhì)學(xué)[M].香港：香港考古學(xué)會(huì)出版社,2005.[2]楊廣慶.水泥改良土的動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào),2003,(07):1156-1160.王銀梅,高立成.黃土化學(xué)改良試驗(yàn)研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2012,20(06):1071-1077.夏瓊,楊有海,耿瑄.粉煤灰與石灰、水泥改良黃土填料的試驗(yàn)研究[J].蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008(03):40-43+47.杜丹.石灰改良高速公路黃土路基的工程應(yīng)用[J].山東交通科技,2016(03):68-70+76.王翰越,蔣應(yīng)軍.石灰改良黃土路基填料抗凍性能分析[J].中國科技論文,2020,15(02):154-159.汪中衛(wèi),王海飆,戚科駿.土體小應(yīng)變試驗(yàn)研究綜述與評(píng)價(jià)[J].巖土力學(xué),2007(07):1518-1524.顧曉強(qiáng),楊峻,黃茂松,高廣運(yùn).干砂彈性參數(shù)測定的彎曲-伸展元試驗(yàn)[J].巖土力學(xué),2015,36(S1):220-224+229.徐學(xué)祖,王家澄,張立新.凍土物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2001.4.楊梅,劉永紅.摻入石灰改良黃土性能的試驗(yàn)研究[J].路基工程,2007(01):53-54.陳四利,趙百強(qiáng),侯芮.凍融循環(huán)作用下水泥土疲勞特性[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):1-7.馬巍,徐學(xué)祖,張立新.凍融循環(huán)對(duì)石灰粉土剪切強(qiáng)度特性的影響[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999(02):23-25.張立新,張虎元,馮珂.水泥黃土反復(fù)凍融條件下的強(qiáng)度衰減機(jī)理[J].冰川凍土,1993(01):175-181.于基寧,汪稔,譚峰屹.飽和粉質(zhì)粘土凍融力學(xué)效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].巖土工程界,2008,11(12):48-51.董曉宏,張愛軍,連江波.反復(fù)凍融下黃土抗剪強(qiáng)度劣化的試驗(yàn)研究[J].冰川凍土,2010,32(04):767-77馬冰.凍融循環(huán)條件下石灰固化鹽