非饱和土大气张力通用公式与土坡稳定.pdf

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1、建材世界2013年第34卷第6期doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2013.06.020非饱和土大气张力通用公式与土坡稳定蒙理明(海口城建建筑质量安全鉴定中心,海口570206)摘要: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。关键词:提供抗剪强度的点;大气张力圆弧滑动法;大气张力平面滑动法TensionAtmosphereGeneralFormulaofUnsaturatedSoila

2、ndSoilSlopeStabilityMENGLi-ming(TheAppraisalCenterforHaikouUrbanConstructionQuality&Safety,Haikou570206,China)Abstract:Thispaperputforwardthenewconceptofeffectivestress:effectivestressisthestresscorrespondingtocollectionofpointstoprovideashearstrengthinsoilmass.Andintroducedthe

3、atmospheretensioncircularslidingmethodformulaofunsaturatedsoilofslopestabilitywithcalculatingexamples.Thentheatmospheretensionplaneslid-ingmethodformulaofunsaturatedsoilofslopestabilitywereintroduced.Keywords:thepointofprovideshearstrength;atmospheretensioncircularslidingmethod

4、;atmospheretensionplaneslidingmethod拟结合我国规范,探讨非饱和土大气张力通用公式在土坡稳定方面的应用。见文献[1],《建筑边坡工程技术规范》GB50330—2002的第5.2.3~5.2.5条,给出了圆弧滑动法、平面滑动法、折线滑动法计算边坡稳定的公式。见文献[2],推出了非饱和土有效应力原理的大气张力通用公式。见文献[3],进一步推出了非饱和土大气张力有效自重应力通用公式′[Pa(1-X)U](1)σzFi=Σγjhj+a-BuziUwzi-ziai其中,σ′为Z方向计算点处的非饱和土有效自重应力(包括表面张力收

5、缩膜作用)。zFiPa为地面大气压强。γjhj为计算点以上各土层的天然重度与厚度的乘积。Xzi为Z方向计算点处的饱和度参数。下列参数参考文献[4]计算:Buzi为Z方向计算点处的非饱和土自由水通道率。Uwzi为Z方向计算点处的绝对自由水压力。Uai为计算点处绝对孔隙气压力。[Paa-BuziUwzi-(1-Xzi)Uai]为水气不抵大气压强自重应力。注:水气不抵大气压强自重应力,是土体中自由水、孔隙气的浮力(绝对压力)不能全部抵消地面大气压强所产生的自重应力。见文献[5],还推出了非饱和土大气张力库仑抗剪强度公式τ=C+σtanϕ(2)其中,C为初始

6、抗剪强度,包括真凝聚力和初始摩擦抗剪强度。σ为法向应力;ϕ为内摩擦角。收稿日期:2013-10-12.作者简介:蒙理明(1955-),教授级高工.E-mail:66229258mlm@163.com72建材世界2013年第34卷第6期1提出有效应力的新概念提出有效应力的新概念,以便在下面的讨论中有清晰的依据。美籍奥地利土力学家太沙基1923年提出了土体有效应力原理,阐述了松散颗粒的土体与连续固体材料的区别,从而奠定了现代土力学变形和强度计算的基础。其要点为:1)饱和土体内任意平面上受到的总应力可分为有效应力和孔隙水压力两部分,其间关系总是满足:σ=σ

7、′+μ。2)土体的变形和强度都取决于有效应力σ′的变化,因为它会使土颗粒移动,导致孔隙体积变化;自由水应力u起水压力作用,可以忽略其对土粒产生的变形效果。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。参见文献[2-5],即非饱和土,包括土粒(固相)、结合水膜(结合相)、自由水(自由液相)、孔隙气(气相)、表面张力收缩膜(液-气交界相)共五相。其中,土粒接触点提供摩擦抗剪强度,结合水膜相交处、表面张力收缩膜提供真凝聚力,所以其对应的应力为有效应力。自由水、孔隙气没有抗剪能力,仅起水压力及气压力作用。表达式为a(1-X)U(注:-

8、σ为表面张力垂直分量贡献应力)总应力σ=σ′+BuUw+a-σFF′′a(1-X)U方向见式(1)。有效应力