当前课程知识点：高等土力学 > 第4章 土中渗流 > 4.6 非饱和土土水特征曲线 > 4.6.1 非饱和土土水特征曲线1
同学们好
下面我们学习第6节
“非饱和土土水特征曲线”
这一节主要包括
基质吸力与水饱和度
土水特征曲线及特性
土水特征曲线的经验公式
以及土体典型剖面的吸力分布
共4个部分
我们首先来学习第一部分
“基质吸力与水饱和度”
为了说明基质吸力与水饱和度
之间的关系
我们首先进行一个
铝棒的持水特性试验
将直径大小不一的
一些圆形的铝棒堆成一堆
可形成和土的孔隙系统
类似的一种二维模型
将其浸入水中饱和
然后取出让其在重力作用下
进行充分地排水
显然在这个排水过程中
会有相当一部分的水
从金属棒堆的孔隙中流出
但在排水过程完成后
也会有另外一部分的水
由于分子力及毛细力的作用
仍会保持在铝棒的孔隙中
这种现象被称为是
孔隙系统的持水现象
这是铝棒试验结果的一张典型照片
从照片中的试验结果可以发现
在重力作用下
孔隙系统持水的具体位置
和孔隙尺寸的大小存在密切的关系
具体表现为
大孔隙中的水相对容易排出
而小孔隙以及铝棒接触部位
所谓的孔角处的水相对不易排出
会被保持在原地
仔细观察这些留在孔角处水的形态
可以发现在其水气交界面处
会存在着我们前面介绍过的
所谓的弯液面
那么为什么在这样一个孔隙系统中
大孔隙中的水相对容易排出
而小孔隙处的却相对
容易被保持在原位呢
实际上在这样一个
铝棒-水-气三相系统中
水为相对湿润流体相
气为相对非湿润流体相
其中水和铝棒表面的附着力相对较大
首先会占据比表面积较大的小孔隙处
并在水气交界面
形成一个凹向水相的弯液面
总结和分析上述的试验现象
我们可以得到
有关孔隙系统持水能力的如下的认识
一 在重力作用下
孔隙系统中的水不会完全被排出
表明这个孔隙系统
具有一定的持水能力
二 孔隙系统的持水能力
和孔隙的大小有关
在大孔隙处很难持水
而在小孔隙处持水能力相对较强
三 在水气交界面处会形成弯液面
在该处的孔隙水压力为负值
因此具有较高的吸力
是这些部位持水能力强的原因
因此我们可以得到一个规律性的认识
那就是在非饱和状态下
水总是会优先占据小孔隙处
也就是说当含水量较小时
水气交界面总是会首先在小孔隙处
其弯液面的曲率半径较小
基质吸力较高
在土体里孔隙的几何性状
比毛细管这样的一维系统复杂得多
也比铝棒所形成的二维系统复杂
在土体中孔隙水通常是在
土颗粒的接触处形成弯液面的结构
这些弯液面结构组合起来
可形成一个开放的毛细水系统
该孔隙系统的持水特性
也和前面介绍过的
2种简单的系统具有类似的规律
因此在非饱和土中
孔隙中含有水和气
此时水多集中于颗粒间的缝隙处
称毛细角边水
由于毛细张力的作用
会形成如图中所示的弯液面
使毛细角边水产生负压力
颗粒之间则受正压力
这是稍湿的砂土颗粒间
存在着假凝聚力的原因
通过上面的讨论
我们可以总结
有关土体基质吸力如下的特性
第一 小孔隙对应
水气弯液面小的曲率半径
因而具有大的基质吸力
小孔隙处固体比表面积大
水气界面在小孔隙处最易达到平衡
第二 非饱和土中
水是湿润流体相
和固体颗粒表面的附着力相对较大
首先会占据小孔隙
三 饱和度较小时
孔隙水主要存在小孔隙处
基质吸力大
随水饱和度增加
水相所占据的孔隙增大
基质吸力变小
根据上面的分析
我们可以认为
对同一种土
基质吸力和饱和度之间
应存在某种的函数关系
也就是pc=f(Sr)
关于基质吸力和饱和度之间
存在函数关系
可以通过下面这几张图
进行进一步的解释
对一种特定的土
左边这张图给出了含水量很小时
孔隙水的状态
由于含水量很小
孔隙水首先占据土体中很小的孔隙
形成的水气交界面
弯液面的曲率半径也很小
相对应的是很细的毛管中的情况
毛细水升高很高对应的基质吸力很大
中间这张图给出了
含水量有所升高时孔隙水的状态
由于含水量有所升高
孔隙水占据的
土体中的孔隙也有所增大
形成的水气交界弯液面的
曲率半径也相应有所增大
相对应的是有所增粗的毛管中的情况
毛细升高有所降低
对应的基质吸力也有所减小
右边的这张图给出了含水量很高
土体接近饱和时孔隙水的状态
由于含水量很高并且接近饱和
孔隙水基本占据了土体中
包括大孔隙在内的所有孔隙
相对应的是很粗的毛管中的情况
毛细升高会很小
对应的基质吸力也很小
这张图图示的是对
不同粗细的砂土
进行浸水试验的结果
在一个两端都开口的玻璃管中
分别装入不同粗细的均匀干砂
将玻璃管下端浸没在水中
等砂土中的孔隙水达到稳定状态时
量测砂土中的
毛细水水量沿高程的分布
图中给出了从最细的极细砂
到最粗的细砾
共7种不同砂土的试验结果
图中纵坐标距自由水面的距离
反映了毛细力也就是基质吸力的大小
横轴为该处砂土的含水量
从图中可以发现
对各种的砂土都存在同样的规律
也就是随高程的增加
毛细力或基质吸力增大
含水量逐渐减小的规律
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业
