绪论
MUSE
1st Fundamentals of Unsaturated Soils
2nd Applied Unsaturated Soils Mechanics
3rd Experimental observations in unsaturated soil mechanics
Gallipoli Wheeler Taylor Alonso Augarde Toll
和特殊土所带来的工程危害”——包承纲
绪论
为什么要学习非饱和土力学
岩土工程师面临着大量的非饱和土的工程问题。
通常吸力会增加土的强度和刚度，因此，岩土工程师认为利用
饱和土力学的理论分析和处理非饱和土的问题是偏于安全的。
绪论
近 三 十 年 中 国 气 候 划 分
郑景云与卞娟娟等 (2013). 1981～2010年中国气候区划. 科学通报(30): 3088-3099.
125万欧元
绪论
MUSE
Coordinator： University of Durham, UK
英国杜伦大学 Participants： University of Glasgow，UK 英国格拉斯哥大学 Ecole Nationale des Ponts et Chaussé es, Paris, France 法国国立路桥学校 Universitat Politè cnica de Catalunya, Barcelona, Spain 西班牙加泰罗尼亚理工大学 Universitádi Trento, Trento, Italy 意大利特兰托大学 Universitádi Napoli “Federico II”, Naples, Italy 意大利那不勒斯费德里克二世大学
involves six European universities and five industrial
partners aims at undertaking a comprehensive programme of research and training in the area of unsaturated soil mechanics by means of international collaboration between academic and industrial institutions across Europe.
绪论——为什么要学习非饱和土力学
膨胀土问题
土中黏粒成分主要由亲水性矿物
组成，同时具有显著的吸水膨胀 和失水收缩两种变形特性的黏性 土
膨胀土在我国的分布范围很广，
如广西、云南、河南、湖北、四 川、陕西、河北、安徽、江苏等 地均有不同范围的分布。
膨胀土引起的灾害常常会造成巨
大的经济损失。据Jones 和 Holtz (1973)报导，在美国，每年由于 膨胀土涨缩对房屋、管线和道路 造成的损害大23亿美元，比水灾、 台风、龙卷风和地震所造成的损 害加在一起还要多一倍以上
高等土力学
北京交通大学土建学院岩土工程系
高等土力学
10月26日 下周一 停课一次
非饱和土力学理论简介
刘艳 北京交通大学土建学院岩土工程系 Email：yanl@
教学大纲
教学内容 1绪论 1.1土力学的基本特征和表现 课时 6
1.2土力学研究的方法
1.3土力学的发展和现状 2 土的固结理论 3土的流变理论 4土的强度理论 2.1Terzaghi和Rendulic固结理论 4 3 5
绪论——为什么要学习非饱和土力学
降雨诱发滑坡
1972香港宝成滑坡
绪论——为什么要学习非饱和土力学
降雨诱发滑坡
NTU校园内的浅层滑坡(Rahardjo)
绪论——为什么要学习非饱和土力学
降雨诱发滑坡
土体强度降低
降雨
土中含水量增大
吸力减小
抗剪强度下降
破坏
绪论——为什么要学习非饱和土力学
变形问题
强度问题
•气候变化诱发的斜坡 稳定与滑坡问题； •支挡结构的侧向土压 力与稳定性； •开挖与钻孔稳定性； •水分变化条件下的浅 基础承载力； •非饱和土中应力波的 传播。
•膨胀土的胀缩现象； •黏土的干裂现象； •塌陷土现象； •非饱和土的固结与沉 降； •土体压实。
绪论——非饱和土力学主要内容
绪论
为什么要学习非饱和土力学
工程中普遍使用的饱和土理论, 但是以下一些常见的工程现
象值得关注：
降雨后的滑坡现象 非饱和土层中的隧道在开挖时遇水后的塌陷现象 湿陷性黄土雨后的沉降 膨胀性土雨后的膨胀会导致结构物产生开裂现象。
这些现象是不可能用饱和土力的理论进行正确和合理的分
析与预测的。饱和土理论无法解决一些工程问题,不能满足 实际的需要
湿陷性土
遇水产生压缩变形（体积减小）
绪论——为什么要学习非饱和土力学
湿陷性土
意大利Naples 土体湿陷导致建筑物沉 降，观测到最大沉降值 200mm 原因：3个小时持续强 降雨，导致附近水井水 位上涨，水溢出向建筑 物地基流动，使得地基 土体饱和，发生湿陷。
(Gens A，Geothechnique，2010,3-74)
16
6 非饱和土力学的基本概 6.1 学习非饱和土力学的意义 念 6.2 非饱和土的多相特性 6.3 吸力与土水特征曲线
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6.4 非饱和土的有
变形和强度之间缺乏 联系 本质上是一维的
饱和土理论
现代土力学
将变形与强度问题有机 联系起来 可以处理二维、三维的 问题 非饱和土理论
在这种情况下，研究者应该发展新的土力学理论以适应和
满足描述这些非饱和土的行为的需要。
绪论
国外非饱和土力学教学情况 MUSE
MUSE：Mechanics of unsaturated soils for engineering
The MUSE project is funded by the European Commission
非饱和土力学主要内容
饱和土力学 非饱和土力学
应力变量
渗流问题
强度问题
变形问题
参考书
参考书
参考书
a
参考书
Sr<1
非饱和土力学：力学、水力学与相界面物理学原理在部分非 饱和土的工程问题中的应用。
绪论
为什么要学习非饱和土力学
地球表面的土层绝大部分都处于非饱和状态，一些经常出
问题的土，例如在我国大面积分布的膨胀土、湿陷性黄土 等这些特殊土都属于非饱和土。
绪论
为什么要学习非饱和土力学
“在世界上有超过60%以上的国家都曾经或者正在遭受非饱
2.2 Biot固结理论
3.1土的流变分类和基本特点 3.2土的流变基本单元模型 4.1土的强度基本特征 4.2粘性土的强度特性 4.3砂土的强度特性
教学大纲
教学内容 课时
5临界状态土力学理论
5.1如何使用土力学数值分析方法；
5.2临界状态的定义 5.3正常固结土和Roscoe面 5.4超固结土的性质和Hvorslev面 5.5砂土的性质和描述 5.6土的弹塑性变形以及弹性墙 5.7剑桥模型
一个模型：本构模型
三个理论：非饱和土固结、液化破坏、渐进破坏理论
四个分支：应用、计算、试验、理论土力学
非饱和土力学——绪论
什么是非饱和土力学?
为什么要学习非饱和土力学?
非饱和土力学主要内容
绪论
什么是非饱和土力学?
饱和土
孔隙完全 被水填充 Sr=1
非饱和土
孔隙中填 充着水和 气
膨胀土含水量变化
土体出现显著变形（膨胀 性越大，隆起量越大） 建筑物不均匀沉降，地面 隆起
破坏
绪论——为什么要学习非饱和土力学
土坝渗流问题
蓄水前
蓄水后
绪论——为什么要学习非饱和土力学
非饱和土的 应用
渗流问题
•土体与大气交界面处 的水平衡； •饱和带或含水层中的 净水补给率； •地下废物存储和隔离 的永久覆盖层设计； •地表浅层污染物的迁 移与清理； •非饱和土堆石坝的瞬 态与稳态渗流。
绪论——为什么要学习非饱和土力学
膨胀土问题
路基隆起
图片来源：/ce/nsf/reu/docs/expansive%20soils%20pp.pdf
墙体 开裂
边坡滑移
墙体 开裂
楼房开裂
绪论——为什么要学习非饱和土力学
膨胀土问题
环境变化（如降雨、砍伐 树木、剥除植被等）
绪论——为什么要学习非饱和土力学
湿陷性土
巴西 Pereira Barreto town 该镇位于Tiete河边，其下游修建了一座大 坝 大坝蓄水后，水位预计上升50m 水位上升导致部分地区土层饱和度增加， 建筑物出现不同程度的破坏。
(Gens A，Geothechnique，2010, 3-74)