摘要
本文利用常规直剪仪、三轴仪以及轻便固结仪，分别对非饱和膨胀土的强度和变形特性以及干湿循环对强度和变形的影响进行了一系列的试验研究。以饱和度、干湿循环次数为变量，分别探求了外力约束对膨胀土强度的影响，不同饱和度膨胀土的总应力强度特性，干湿循环对非饱和膨胀土总应力强度的影响，饱和度与压缩模量以及孔隙比的关系，干湿循环对饱和膨胀土有效应力强度指标的影响，广义吸力与饱和度的关系，建议了一组计算非饱和膨胀土变形及强度特性的经验公式。
在试验的基础上结合广义吸力提出了非饱和膨胀土预应力的概念，认为预应力强度的存在是非饱和膨胀土与饱和膨胀土的主要差别。
最后我们采用两个算例分别计算了干湿循环对非饱和膨胀土路基沉降以及边坡稳定的影响，通过计算得出了在以非饱和膨胀土作为构筑物基础或构筑物时，应认真考虑干湿循环对其强度和变形特性降低的影响的结论。
In this paper, the influence of cycles of drying and wetting on strength and deformation are studied by means of routine direct shear apparatus , triaxial apparatus and light consolidation apparatus which include: the influence of force of constraint on strength, the total stress strength of expansive soils with different saturation degree, the influence of cycles of drying and wetting on the total stress strength, the relation between saturation degree and compression modulus and that between saturation degree and void ratio, the influence of cycles of drying and wetting on the effective stress strength, the relation between saturation degree and generalized suction. As a result, a group of experience equations of strength and deformation of expansive soils are suggested.
Moreover, the concept of prestress of unsaturated expansive soils is given in this paper, it is found that the prestress strength is the main difference between unsaturated expansive soils and saturated expansive soils.
Finally, two examples were used to analyse the influence of cycles of drying and wetting on subgrade sedimentation and slope stability of expansive soils, the conclusion is given that the influence of cycles of drying and wetting on strength and deformation must be considered to the foundation or structures which consists of expansive soils.
引文
[1] 廖世文，膨胀土与铁路工程．北京：中国铁道出版社，1984；
[2] Technical committee on Expansive soils. Test Procedures for Identification and classification of Swelling Soils and Evaluation of Swelling Pressure and Heave. Proceedings of 6th International Conference on Expansive Soils, New Delhi, India, 1987,770～785;
[3] 钱家欢、殷宗泽，土工原理与计算(第二版)，中国水利科学出版社，1996，北京；
[4] 黄卫、钟理、钱振东，路基膨胀土胀缩等级的模糊评判，岩土工程学报，1999，21(4)，408-413；
[5] 中华人民共和国城乡建设保护部。膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112—87)。北京：中国计划出版社，1991，
[6] 李生林等，中国膨胀土工程地质研究，南京：江苏科学技术出版社，1992；
[7] 孙长龙，膨胀土变形理论、试验研究及数值模拟，河海大学博士学位论文，1995(9)；
[8] 刘特洪，工程建设中的膨胀土问题，中国建筑工业出版社，北京：1997；
[9] 柯尊敬，刘楚详．对铁路工程中膨胀土判别和分类的看法，路基工程，1986，(4)；
[10] 潭罗荣等，风干含水量ω65用作膨胀土判别分类指标的可行性研究，工程地质学报，1994，2(1)：15～26；
[11] 李生林等，塑性图在判别膨胀土中的应用，地质论评，11984，(4)；
[12] 梁授勋．用灰色聚类法评判膨胀土等级的初步尝试，工程勘察，1992，(2)：12～15；
[13] 陈新民，李生林，膨胀土判别与分类的灰色关联分折法，岩土力学，1996，17(4)：30～34；
[14] 金波，王帧，试用模糊数学法对裂土进行判别和分类，路基工程，1990，(3)；
[15] Gillott J E. Clay in Engineering Geology, Development in Geotechnical Engineering[J]. ELSEVIVER,1987,41:83～84;
[16] Arnold M，膨胀土成因及粘土矿物鉴定[A]，国外膨胀土研究新技术——第五届国际膨胀土大会论文选译集[C]，成都：成都科技大学出版社，1984，32-36；
[17] Myslinska E. Accuracy of expansion charts-the influence of interstitial water chemistry[J],Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 1999,57(3):263～265;
[18] 徐永福，非饱和膨胀土的结构模型和力学性质的研究，河海大学博士学位论文，1997；
[19] Fredtund D. G, Morgenstern N.R, Stress state variables for unsaturated Soils, John Wiley&Sons Inc, New York, 1993;
[20] 陈正汉，非饱和土的应力状态与应力状态变量，中国土木工程学会第七届土力学及基础工程学术会议论文集，中国建筑工业出版社，1994，186-190；
[21] Shen Z. J, Reduction suction and simplified consolidation theory for expansive soils. Unsaturated Soils. Ads Alonso E.E. Balkema, Rotterden Brookfield, 1995,1321-1326;
[22] 沈珠江，当前非饱和土力学研究中的若干问题，区域性土的岩土工程问题学术讨论会论文集，原子能出版社，1996，1-9；
[23] 林鲁生、蒋刚、刘祖德、白世伟，膨胀土强度特性及其边坡抗剪强度参数取值方法初探，广东水利水电，2002(1)：9～11
[24] 姚海林，考虑雨水入渗的膨胀上边坡稳定性分析[D]，武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，2000。
[25] 卢肇钧、吴肖茗、孙玉珍、尹巍．膨胀力在非饱和土强度理论中的作用，岩土工程学报，1997(9)，Vol．19，No．5：20～27；
[26] 陈铁林，结构性粘土本构模型与参数测定研究，南京水利科学研究院博士学位论文，2001。
[27] 沈珠江，土体结构性的数学模型——21世纪土力学的核心问题，岩土工程学报，1996，18(1)，95-97。
[28] 沈珠江，广义吸力和非饱和土的统—变形理论，岩土工程学报，1996，18(2)：1～9；
[29] Bishop A W, Alpan I, Blight G E etal, Factors Controlling the Shear Strength of Partly Saturated Cohesive Soils, In: ASCE Research Conference on the Shear Strength of Cohesive Soils, Univ. of Colorado, 1960: 503～532;
[30] Fredlund D G, Morgenstem N R, Widger R A, The Shear Strength of Unsaturated Soils, Canadian Geotechnical Journal, 1978:15:313～321;
[31] 舒福华，襄樊膨胀土的抗剪强度研究，土工基础，1996(12)，10(4)：33～35；
[32] 垄壁卫，非饱和击实膨胀土总应力强度探讨，长江科学院院报，1998(6)，15(3)：40-42；
[33] 瘳济川，开挖边坡中膨胀土的工程地质特性，非饱和土理论与实践学术研讨会文集，北京，1992；
[34] 柯尊敬，张鉴厚，膨胀土强度特性的研究，广西大学学报，1983(1)：83～90
[35] 徐永福，史春乐，膨胀土的强度特性，长江科学院院报，1997(3)，14(1)：38～41；
[36] 冯玉勇、张永双、曲永新、黄常波，南昆铁路百色盆地膨胀土路堤病害机理研究[J]，岩土工程学报，2001(7)，23(4)，463-467；
[37] 朱建强，水分对膨胀土膨胀变形与膨胀压力的影响研究，湖北农学院学报，1999(2)，Vol．19，No．1，59～61
[38] 垄壁卫，非饱和击实膨胀土总应力强度探讨，长江科学院院报，1998(6)，15(3)，40-42；
[39] 缪林昌、仲晓晨、殷宗泽，非饱和膨胀土变形规律的试验研究，大坝观测与土工测试，1999(6)，23(3)，36～39；
[40] 李妥德、湛壮丽，裂隙粘土堑坡土体抗剪强度研究综述，路基工程，1988，8(4)；
[41] 裂隙粘土堑破土体的抗剪强度研究专题组，裂隙粘土堑坡土体抗剪强度的试验方法，铁道部科学研究院论文集(下集)，1988．3；
[42] 刘松玉、钟理，干湿循环对膨胀土工程性质影响的初步研究，区域性土的岩土工程问题学术讨论会文集，北京，原子能出版社，1996．93-98。
[43] Drumright E E, Nelson J D. The shear strength of unsaturated tailings sand. In: The 1st International Conference on Unsaturated Soils,1995.45～50;
[44] Rohm S A, Vilar O M. Shear strength of unsaturated sandy soil. In: 1st International Conference on Unsaturated Soils, 1995.189～195;
[45] 刘祖典、刘武农，非饱和土的强度特性，工程勘察，1999(1)：7～9；
[46] Bishop A.W. and Bjerrum.L. The Relevance of the Triaxial Test to the Solution of Stability Problems. Research Conference on Shear Strength of Cohesive Soils, ASCE,1960
[47] 陈正汉，王永胜，谢定义，非饱和土的有效应力探讨，岩土工程学报，1994，16(3)：64～71；
[48] Fredlund D. G, Morgenstern N. R, Constitutive relative for volume change in unsaturated souls. Canadian Geotechnical Journal, 1976. Vol. 8: 261～276;
[49] Fredlund D.G, Appropriate concepts and technology for unsaturated soils, Canadian Geotechnical Journal,1979, 16(1),121-139;
[50] Toll D.G, A framework for Unsaturated soil Behavior. Geotechnique,1990,40(1)31-44;
[51] D.G Fredlund and Rahardio J,U, One-dimension consolidation theory: unsaturated soils, Canadian Geotechnical Journal,1979 16(3),521-531;
[52] Yang D.Q, Shen ZJ, Generalized nonlinear constitutive theory of unsaturated soils, Proc of 5th Int. Conf on Expansive Soils. Dallas, 1992,158-162
[53] 沈珠江，土体变形特性的损伤力学模拟，第五届全国岩土力学数值分析及解析方法讨论会论文集(1)，武汉，1994，1-8
[54] E.E.Alonso,A.Gens,A.Josa,杨代泉．非饱和膨胀土弹塑性应力应变特性模拟，岩土工程学报，1995，17(6)，42-51
[55] Fredlund D.G, et. al. Prediction the shear strength function for unsaturated soils using the soil-water characteristic curve. Unsaturated soils, 1995,63-70;
[56] 缪林昌、仲晓晨、殷宗泽，膨胀土的强度与含水量的关系，岩土力学，1999(6)，20(2)，71-75；
[57] 李生林等，中国膨胀土工程地质研究。南京：江苏科学技术出版社，1992；
[58] 徐永福、傅德明，非饱和土结构强度的研究，工程力学，1999(8)，16(4)，73～77；
[59] 汤连生，结构吸力及非饱和土的总有效应力原理探讨，中同大学学报，2000(11)，39(6)：95～100；
[60] 黄义、张引科，非饱和土土-水特征曲线和结构强度理论，岩土力学，2002(3)，23(3)：268～277；
[61] 陈正汉，非饱和研究的新进展，中加非饱和土学术研讨会文集，1994，145～152；
[62] Fredlund D G, H. Rahardjo,非饱和土土力学，陈仲颐等译，北京：中国建筑工业出版社，1997；
[63] 蒋刚、王钊、邱金营，原状膨胀土吸力特性的研究，大坝观测与土工测试，2000(2)，24(1)：36～38；
[64] 王钊、安骏勇、龚壁卫、刘艳华、包承纲，非饱和土边坡吸力量测的实践，大坝观测与土工测度，2000(4)，24(2)：11～14；
[65] 徐捷、王钊、李未显，非饱和土的吸力量测技术，岩石力学与工程学报，2000(6)，19(增)：905～909；
[66] 范秋雁、柯尊敬、凌国智，膨胀土中的吸力特性及量测问题探讨，路基工程，1995(6)，36～39；
[67] 李未显、刁玉椿、陈仲颐，非饱和土吸力传感器的研制及应用，中国土木工程学会第七届土力学及基础工程学术会议论文集，中国建筑工业出版社：128～132；
[68] 刘国楠、吴肖茗，膨胀土吸力特性的研究，中国土木工程学会第七届土力学及基础工程学术会议论文集，中国建筑工业出版社：263～266；
[69] 缪林昌、殷宗泽，非饱和土的剪切强度，岩土力学，1999(9)，20(3)：1～6；
[70] 沈珠江，新弹塑性模型在软土地基固结分析中的应用，水利水运科学研究，1993(3)：55-62；
[71] 沈珠江，软土地基弹塑性固结变形计算机程序——CONDEP，南京水利科学研究所报告，土7506，1981；
[72] Katli R. K. Shear strength and earth pressure in expansive soils. Proc. ICPRS, Jap. 1988, P82-84；
[73] 柯尊敬，邝泽民，红粘土的抗剪强度与膨胀压力，岩土工程学报，1992，13(3)：1-8；
[74] 瘳济川，裂隙粘土现场抗剪强度的确定，岩土工程学报，1996，8(3)：44-54；
[75] 仲晓晨，非饱和膨胀土的强度与变形试验研究。河海大学硕士学位论文，1999；
[76] 中华人民共和国行业标准，公路路基施工技术规范(JTJ033-95)[S]，北京，人民交通出版社，1996。
[77] 交通部第二公路勘察设计院，公路设计手册(路基)，北京，人民交通出版社，1996。