土力学的新概念与纤维土的有效自重应力

用土力学的新概念对纤维土进行分析,提出了绝对压强下纤维土的绝对自重应力、有效自重应力的新概念。土的抗剪强度取决于微结构单元之间的结构连结。总土体的(土颗粒)接触与联接率有两种算法,提出了通过电镜扫描进行计算的一种新算法。分析计算了沿海软土及海洋土的有效自重应力,包括各类土和各类结构。粉质黏土按现行规范的“对黏性土宜按水土合算计算”偏于危险。

土骨架的新概念与膨胀土的结构

本文用土骨架的新概念对膨胀土的结构进行分析。将叠片、叠聚体、聚集体、复合体统称为粘聚体,粘聚体是子土骨架。膨胀土的三种孔隙,微孔隙的水稳性最好,强度最高;小孔隙次之;大孔隙最差。在天然膨胀土中,粘聚体是胀缩变形的主体;选取小孔隙或微孔隙,有水分子的渗透压力=公共结合水膜吸引力+重力效应。设想土力学研究,第一层次为以微结构单元为基本单元的体系(总土体),第二层次为以单个土颗粒为基本单元的体系(如粘聚体、集粒、凝块等等)。与普通土不同,膨胀土的大孔隙随着土体的膨胀而变小。膨胀土内有两种渗透力,一种是半透膜效应的水分子的渗透力,一种是渗流渗透力;渗流计算指标,应该用自由水孔隙比,而不是孔隙比。有效应力及大气张力库伦抗剪强度涉及的最不利位置是大孔隙。将大雨滑坡的坡体看成一个总土骨架,滑动土块是膨胀的子土骨架,裂隙是接近溃散的子土骨架,软弱结构面是损伤的子土骨架。在石灰改性膨胀土中,粘聚体被多钙结合水膜包裹,可能还被浸入内部;相邻粘聚体的多钙结合水膜包皮相交形成面胶结的强公共结合水膜,加密后高强且无胀缩性。

土力学的新概念与特殊土强度初探

讨论了红粘土的实际饱和度的算法;分析了蒙脱石颗粒内表面结合水对膨胀土的三项组成的影响,提出了膨胀土实际饱和度和孔隙比的算法;认为湿陷性黄土由土骨架(包括微小孔隙)和大孔隙组成,提出了骨架率、骨架饱和度和骨架孔隙比的算法。进一步,求得特殊土的饱和度系数和自由水通道率。再进一步,得到特殊土进行大气张力系列的地基承载力、库伦抗剪强度、郎肯土压力、库伦土压力、土坡稳定计算的方法。新概念土力学以有效应力的新概念为基础,以抗剪极限状态的有效应力的大气张力公式为基本公式。

红粘土的大气张力郎肯土压力

本文总结了红粘土的大气张力郎肯土压力算法。其计算要点有,红粘土的实际饱和度、饱和度系数、自由水通道率、膜的抗剪强度贡献、大气张力郎肯土压力。"大气"指按绝对压强计算,"张力"指要素中含有收缩膜的表面张力。算例分析表明,按经典郎肯土压力,"上硬下软"的红粘土基坑上部主动土压力为负值,表示土体拉住支护,处理为零,这是错误的;而按大气张力郎肯土压力,表示坑内支护上的大气压强能抵抗主动土压力,扶住支护。分析还表明,这种基坑或边坡支护,采用土钉墙、加筋水泥土桩墙+锚杆(索),深基坑及高边坡采用框架格梁+锚杆(索),比较经济实用;但应注意基坑或边坡底应局部加强,以满足边坡稳定的要求。

非饱和土大气张力通用公式与库仑抗剪强度定律

推出了大气张力抗拉强度通用公式,土的抗拉强度由真抗拉强度、水气不抵大气压强抗拉强度、表面张力贡献抗拉强度组成。推出了大气张力库仑抗剪强度公式,形式与库仑定律相同,但含义比库仑定律扩大和具体化。对于粘土,随着含水量的减少,土的抗拉强度增大,使真凝聚力和初始摩擦抗剪强度增大,总的明显加大初始抗剪强度。

非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式

提出了非饱和土是由五相组成,其中土粒(包括结合水膜)之间的接触部位为有效应力的载体;并用绝对压强论述土力学,推出了非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式及其特例;用大气张力通用公式分析文献[1]的实验室膨胀土的抗拉强度试验,得到随着含水量的不断减少,土粒不断靠近,土样抗拉强度不断增加的因素有3个:结合水膜接触的面积不断加大,且结合水膜的分子力和氢键作用不断增加,这个作用在塑限后急剧加大;自由水和孔隙气占据的面积不断减小,土体内部自由水和孔隙气浮力抵消地面大气压力的能力不断减少;收缩膜的表面张力贡献不断增大,但到土中只有强结合水后没有收缩膜。在该例中,第一个因素起主要作用,以基质吸力为基础的非饱和土力学夸大了收缩膜表面张力的作用。

土力学的新概念与土骨架

该文用土力学的新概念改善和细化了土骨架理论。土骨架的3要素有:土颗粒,包括其结合水;接触(点或面);联接(收缩膜,公共结合水膜)。土颗粒相互接触,或相互联接,或即相互接触又联接构成土骨架。土骨架溃散指土颗粒即没有接触也没有联接。结合水膜联接最强,其次到收缩膜联接,最弱是接触。土骨架局部失去接触或联接为损伤;溃散或损伤的土骨架重新建立接触或联接为修复,还伴有加密的为增强。饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒体积;非饱和土的土骨架体积,是包括结合水膜的土颗粒,加上收缩膜联接的体积。土是由土骨架和广义流体组成的,与非饱和土有效应力的大气张力公式相对应。应该用绝对压强分析广义流体。有效应力的新概念也可以描述为:有效应力是土骨架的接触和联接所对应的应力;总应力由有效应力和广义流体应力组成;有效应力的实质是广义流体没有抗剪能力,但具有抗压能力;应该用总应力模式分析土的压缩变形。分析了泥浆干缩、流沙陷阱、地基压缩变形及渗流固结、特殊土灾变、地震灾害的土骨架;还有人工增强土骨架(地基处理)。

非饱和土大气张力通用公式与有效自重应力

推出了非饱和土大气张力有效自重应力通用公式。由于结合水膜和表面张力收缩膜的存在,地面大气压强作用力大于非饱和粘性土中的孔隙气和水的绝对浮力。这多出的部分,就是大气张力有效自重应力与经典水土合算法结果的差值。也因为这个原因,地表的非饱和粘性土层的大气张力有效自重应力通常不为零。

非饱和土大气张力通用公式与地基压缩变形初探

提出了"土的压缩变形的变化只取决于有效应力的变化的观点是不成立的。自由水和孔隙气同样具有抗压能力,地基压缩变形应该用总应力计算。有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力。在抗剪极限状态,颗粒接触有效应力为法向压力,结合水膜和表面张力收缩膜贡献有效应力为法向拉力"。推出了非饱和土大气张力z方向时间应变率表达式。推出了抗剪极限状态非饱和土有效应力的大气张力通用公式。提出了渗流体的"等效压缩模量"的新概念。

非饱和土大气张力通用公式的相关变量初探

结合我国规范,对非饱和土大气张力通用公式的所有相关变量进行了初步探讨,包括:绝对压强下的自由水压力和孔隙气压力;与水土分算合算法争议相关的结合水膜接触面积率和自由水通道率;饱和度系数,非饱和土力学中的计算难点。相关性变量都有计算公式。近似计算结果表明,以基质吸力为基础的非饱和土力学夸大了表面张力收缩膜的作用。

非饱和土大气张力通用公式与土坡稳定

提出了有效应力的新概念:有效应力是土体中提供抗剪强度的点的集合所对应的应力。推出了土坡稳定的非饱和土大气张力圆弧滑动法公式,并用算例说明。推出了土坡稳定的非饱和土大气张力平面滑动法公式。

土骨架的新概念与土的动力特性

该文细化了土骨架的新概念,并对土的动力特性进行了分析:天然半无限土体的大气张力库伦抗剪强度由土骨架的接触和联接提供,接触提供4项摩擦抗剪强度,膜联接直接提供真黏聚力。弱结合水膜联接是柔性的,强结合水膜联接是刚性的。阳离子的存在以及偶极子相遇是溃散或损伤的黏粒骨架重新建立公共结合水膜联接的前提。提出了黏粒网兜群骨架的新概念:是土骨架的一部分;在饱和土中,先由黏粒靠公共结合水膜联接形成大大小小的网兜,网兜局部是单层或多层的,不一定均匀;有可能小网兜靠公共结合水膜联接再形成大网兜;也有可能2个网兜共用局部单层网片;大小网兜之间靠公共结合水膜联接在一起组成群;网兜内装有粉粒或砂粒;网兜破损的碎片叫网片。在饱和土中,砂类颗粒与黏粒之间没有胶结;当黏粒没形成网兜群骨架,是破网、网片、散粒时,黏粒只是砂类颗粒之间的润滑剂,数量越多,反而越帮助砂类颗粒运动。在非饱和土中,含水量小时,所有颗粒之间都有胶结(收缩膜或结合水膜联接),抗震能力强。饱和粉土液化判断的依据之一是,在一定烈度下,黏粒含量是否足够形成网兜群骨架。高含水量的可塑性黄土震陷的主要原因是,黄土的蜂窝壳体饱和或接近饱和,几乎丧失所有胶结强度,地震时蜂窝壳体塌陷。还分析了高含水量的饱和粉质黏土、软弱黏性土震陷的主要因素。

非饱和土大气张力通用公式与朗肯土压力

推出了大气张力朗肯土压力通用公式及其特例。非饱和粘性土的算例表明:由于水气不抵大气压强自重应力的存在,大气张力朗肯主动和被动土压力都比水土合算经典朗肯土压力的大。但是,基坑内侧还作用着大气压强。将其与大气张力朗肯土压力叠加,在基坑上段,扶住支护;在基坑下段,威胁支护。将叠加结果与水土合算经典朗肯土压力比较,对支护的威胁较小。还推出了一般土的饱和度系数的近似计算方法。

土骨架的新概念与黄土的微结构

本文细化了土骨架的新概念,并对黄土的微结构进行分析。总土骨架的一部分称为子土骨架,外包颗粒、外包颗粒的皮、集粒、凝块、点接触连接、面胶结连接都是子土骨架。黄土的粘粒之间分子键联接最弱,水稳性最差。点接触、面胶结连接归根结底也是土骨架的接触与联接,传递有效应力和提供大气张力库伦抗剪强度。当水侵入时,膜的真黏聚力及膜对颗粒的捆绑能力丧失,并且土的内摩擦角大大减小;水气不抵大气压强,自重应力变为自由水浮力,其他重力的有利作用丧失;土骨架失去接触而溃散,土骨架颗粒填充到架空孔隙中,并重新挤紧,表现为黄土的湿陷。一般来说,点接触结构的湿陷起始压力要比面胶结小很多,对应的是自重湿陷性黄土,面胶结结构对应的是非自重湿陷性黄土。本文提出外包粘粒皮颗粒群骨架的新概念。先由粘粒靠公共结合水膜和收缩膜联接形成大大小小的包皮,包皮之间点接触或面胶结联接在一起组成群;包皮内装有碎屑颗粒或集粒,两者之间有联接,地震时作群体振动。架空孔隙是黄土抗震的主要薄弱环节;骨架的连接方式和质点刚柔是黄土抗震的主要因素;点接触连接比面胶结容易破坏得多;质点的振动程度按砂粒、粉粒、集粒、凝块由高到低变化;一般来说,总的震陷程度按砂黄土、粉黄土、黏黄土由高到低变化。

用土力学的新概念揭开非饱和土力学之谜

该文用土力学的新概念解答了有效应力、吸力、经典凝聚力、抗剪强度、土的压缩变形及固结等等问题。在抗剪极限状态,颗粒接触点、结合水膜和表面张力收缩膜的对应项是有效应力。在绝对压强下,再没有负的土中自由水压力之说。非饱和土的吸力有4项,包括颗粒摩擦或咬合、结合水膜、表面张力收缩膜、水气不抵大气压强抗拉强度。经典凝聚力等价于初始抗剪强度,有2项,包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。天然非饱和土的抗剪强度有4项,包括膜、水气不抵大气压强自重应力、土自重应力、附加重力的抗剪强度贡献。应该用总应力模式分析土的压缩变形及固结,非饱和土的本构关系应该是总应力、水分与总应变的关系。

非饱和土大气张力有效自重应力与地基承载力计算

结合我国规范,推出了关于非饱和土大气张力有效自重应力的地基承载力计算公式;地基承载力的深宽修正及基础软弱下卧层顶面的压力计算,以载荷试验结果为依据,在水气不抵大气压强自重应力中,只有相对自由水压力参加计算;另外,相对自由水压力只与计算持力层有关,"浮重度"的概念是不妥的;饱和土,按大气张力有效自重应力,深宽修正后的基础底面的地基承载力比规范的大;饱和土,按大气张力有效自重应力进行下卧层验算,软弱下卧层顶面的土通常为流塑,自由水通道率约等于1,按理论水头,与现行规范相比,公式形式不同,但计算结果很相近。

非饱和土大气张力通用公式与地基渗流固结沉降

提出了"地基渗流固结理论应该用超自由水压力的等效压缩系数来描述,地基沉降应该用总附加应力及总应力压缩模量来计算,都不需要有效应力";用超自由水压力的等效压缩系数修正了太沙基一维固结微分方程;初步探讨了非饱和土的等效压缩系数和等效压缩模量。

非饱和土大气张力通用公式与库仑土压力

推出大气张力库仑土压力的近似计算方法:假设临界破裂角为已知,可以考虑多层粘性土、坡面任意荷载、水和气压力。提出粘性土的结合水膜可靠连接面积率修正系数等于粘粒含量。推出大气张力库仑抗剪强度公式的Cm形式,Cm是膜的抗剪强度贡献。

用土力学的新概念解读和修正经典饱和土力学

论述了应该用有效应力的新概念代替经典有效应力原理。总应力压缩模量与渗流水等效压缩模量的曲线相似;有效应力压缩模量起加劲作用,而不是起决定性作用。土的压缩变形计算中应用有效应力原理是错误的。对于起始水力坡降,引入饱和粘性土的自由水压力衰减概念。在饱和粘性土中,自由水通道率折减不大,相对自由水压力通过一定厚度后衰减为零。所以,新概念土力学的算法接近我国规范:"对粘性土宜按水土合算计算"。还解读了地下室浮力折减、流沙陷阱等等。

土骨架的新概念与红粘土的结构

论文用土骨架的新概念对红粘土的结构进行分析。红土中的絮状体、迭聚体也可以称为(铁胶)粘聚体。土中粘粒(包括胶粒)之间,由化学键(离子键及共价键)、氢键、分子键形成的联接统称为广义结合水膜;不包括收缩膜。相对的,按水膜、羟铁矿、针铁矿、赤铁矿排列,红粘土的粘土矿物颗粒之间的联接为:微胶结、弱胶结、中胶结、强胶结。按微结构单元+链状连结+大孔隙的总土体模式,分析了红粘土的大气张力有效应力与抗剪强度。分析了“上硬下软”的天然红粘土骨架。土工试验得到的饱和度与红粘土的状态相矛盾。分析了改良红粘土的土骨架。典型的红粘土骨架可以称为粘聚体群骨架,动力作用时群体运动。天然红粘土中,粘聚体之间的联接为链状连结,压实后为(铁胶)粘土充填。