非飽和土大氣張力通用公式與土坡穩(wěn)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非飽和土大氣張力通用公式與土坡穩(wěn)定蒙理明(?？诔墙ńㄖ|(zhì)量安全鑒定中心,?？?70206)摘要:提出了有效應(yīng)力的新概念:有效應(yīng)力是土體中提供抗剪強度的點的集合所對應(yīng)的應(yīng)力。推出了土坡穩(wěn)定的非飽和土大氣張力圓弧滑動法公式,并用算例說明。推出了土坡穩(wěn)定的非飽和土大氣張力平面滑動法公式。關(guān)鍵詞:提供抗剪強度的點;大氣張力圓弧滑動法;大氣張力平面滑動法TensionAtmosphereGeneralFormulaofUnsaturatedSoila

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

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

4、;atmospheretensionplaneslidingmethod擬結(jié)合我國規(guī)范,探討非飽和土大氣張力通用公式在土坡穩(wěn)定方面的應(yīng)用。見文獻[1],《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330—2002的第5.2.3~5.2.5條,給出了圓弧滑動法、平面滑動法、折線滑動法計算邊坡穩(wěn)定的公式。見文獻[2],推出了非飽和土有效應(yīng)力原理的大氣張力通用公式。見文獻[3],進一步推出了非飽和土大氣張力有效自重應(yīng)力通用公式′[Pa(1-X)U](1)σzFi=Σγjhj+a-BuziUwzi-ziai其中,σ′為Z方向計算點處的非飽和土有效自重應(yīng)力(包括表面張力收

5、縮膜作用)。zFiPa為地面大氣壓強。γjhj為計算點以上各土層的天然重度與厚度的乘積。Xzi為Z方向計算點處的飽和度參數(shù)。下列參數(shù)參考文獻[4]計算:Buzi為Z方向計算點處的非飽和土自由水通道率。Uwzi為Z方向計算點處的絕對自由水壓力。Uai為計算點處絕對孔隙氣壓力。[Paa-BuziUwzi-(1-Xzi)Uai]為水氣不抵大氣壓強自重應(yīng)力。注:水氣不抵大氣壓強自重應(yīng)力,是土體中自由水、孔隙氣的浮力(絕對壓力)不能全部抵消地面大氣壓強所產(chǎn)生的自重應(yīng)力。見文獻[5],還推出了非飽和土大氣張力庫侖抗剪強度公式τ=C+σtan?(2)其中,C為初始

6、抗剪強度,包括真凝聚力和初始摩擦抗剪強度。σ為法向應(yīng)力;?為內(nèi)摩擦角。收稿日期:2013-10-12.作者簡介:蒙理明(1955-),教授級高工.E-mail:66229258mlm@163.com72建材世界2013年第34卷第6期1提出有效應(yīng)力的新概念提出有效應(yīng)力的新概念,以便在下面的討論中有清晰的依據(jù)。美籍奧地利土力學(xué)家太沙基1923年提出了土體有效應(yīng)力原理,闡述了松散顆粒的土體與連續(xù)固體材料的區(qū)別,從而奠定了現(xiàn)代土力學(xué)變形和強度計算的基礎(chǔ)。其要點為:1)飽和土體內(nèi)任意平面上受到的總應(yīng)力可分為有效應(yīng)力和孔隙水壓力兩部分,其間關(guān)系總是滿足:σ=σ

7、′+μ。2)土體的變形和強度都取決于有效應(yīng)力σ′的變化,因為它會使土顆粒移動,導(dǎo)致孔隙體積變化;自由水應(yīng)力u起水壓力作用,可以忽略其對土粒產(chǎn)生的變形效果。有效應(yīng)力的新概念:有效應(yīng)力是土體中提供抗剪強度的點的集合所對應(yīng)的應(yīng)力。參見文獻[2-5],即非飽和土,包括土粒(固相)、結(jié)合水膜(結(jié)合相)、自由水(自由液相)、孔隙氣(氣相)、表面張力收縮膜(液-氣交界相)共五相。其中,土粒接觸點提供摩擦抗剪強度,結(jié)合水膜相交處、表面張力收縮膜提供真凝聚力,所以其對應(yīng)的應(yīng)力為有效應(yīng)力。自由水、孔隙氣沒有抗剪能力,僅起水壓力及氣壓力作用。表達式為a(1-X)U(注:-

8、σ為表面張力垂直分量貢獻應(yīng)力)總應(yīng)力σ=σ′+BuUw+a-σFF′′a(1-X)U方向見式(1)。有效應(yīng)力