基于SWCC试验的非饱和土特性研究

【摘 要】以某高速公路路段非饱和土特性出发，介绍了SSWC试验的特点以及必要性，分析了不同上覆压力和基质吸力下相应饱和度变化情况及原因，同时提出了一些非饱和土试验的建议及想法。

【关键词】SWCC试验；非饱和土；上覆压力；基质吸力

1 引言

相对于饱和土，非饱和土自身特性比较特殊，由于空气在土中形成连续的气相，使固相、液相和气相之间的界面上产生表面张力等界面现象，导致孔隙水压力和孔隙气压力变化显著，甚至出现负孔隙水压力，饱和土理论以及计算方法不再适用。

SWCC（Soil-Water Characteristic

Curve），代表土的含水率（或饱和度）与土中吸力的关系曲线，反映了非饱和土吸水和储水能力。土的吸力是含水量的函数，其不但表示水的能态高低，揭示水的运动方向，还能表征水和土颗粒之间相互作用的强烈程度以及水相和气相界面的曲率状态，能从更深层次揭示土的体变和强度变化的物理本质。

借助SWCC可以直接得到不同含水率土体所处的吸力环境，还可以间接得到非饱和土的强度、渗透系数等土体参数。

2 工程概况

某高速公路路段挡土墙墙高H=8m，非饱和土重度γ=18kN/m3，抗剪强度参数中有效黏聚力c′=5kPa，摩擦角φ′=22o，φb=14o。地下水位在D=9m。采用重塑土，试样尺寸：直径d=6.18cm、高h=2cm，具体制备方法参考《土工试验方法标准》。土的基本物理性质详见表1：

表1 土的基本物理性质

（1）对高进气值陶土板和土样一同抽气饱和后，将其放入无气水中浸泡2天，之后将土样称重并装入试验容器。用仪器将多余的水和空气排除，校对百分表；

（2）施加轴向压力，按时间顺序记录土样压缩量百分表读数；

（3）施加气压力，土样中的孔隙水通过陶土板流入量管，以每2h量管体变不超过0.012ml为达到平衡标准，记录孔隙水压力仪读数。利用轴平移技术s=ua-uw，得到土样的吸力；

（4）在达到平衡标准后，记下此量管水位读数，以便测定土样含水率w的变化；

（5）逐级增加气压力，重复（3）、（4）两个步骤；

（6）在施加最高一级气压力达到平衡标准时，卸载气压，称量湿土和烘干土样重，计算土样的含水率ωi，得到相应的饱和度Sri，绘出土一水特征曲线，即SSWC。

4 SWCC试验结果与分析

将土样基质吸力（kpa）与对应的饱和度（%）整理后，见表2，SSWC曲线见图1：

表2 土样基质吸力（kpa）

与对应的饱和度（%）类在不同密度、不同结构等状态下水气转换规律。

试验受多种因素的影响，除了土的矿物成分、孔隙结构、收缩性、土应力状态、含水率还有降水、日照、温度等因素。

非饱和土的研究是一项复杂而繁琐的工作。受试验设备和试验技术的限制，研究受到了一定的限制，故除了硬件设备的研发外，在测试计算方法上也有待进一步发掘。

参考文献

[1]刘艳华，龚壁卫，苏鸿.非饱和土的土水特征曲线研究[J].工程勘察，2002，（3）：8-11

[2]李志清，胡瑞林，王立朝等.非饱和膨胀土SWCC研究[J].岩土力学，2006，27（5）：730-734

[3]奕茂田，李顺群，杨庆.非饱和土的理论土一水特征曲线[J].岩土工程学报，2005，27（6）：611-615