以含水量和总应力为基本变量的非饱和膨胀土抗剪强度研究

膨胀土强度问题一直是工程地质领域的主要前沿课题之一，对其开展非饱和强度试验研究对学科领域、工程运用都具有极为重要的理论价值和工程意义。然而目前对于非饱和土的试验和理论研究都涉及复杂的吸力量测，因此导出的强度公式不易在工程实际中应用。由于含水量是和吸力密切相关的量，所以本项目将以含水量取代基质吸力，与总应力一起作为独立变量建立抗剪强度公式。首先利用直剪仪和三轴仪测得不同试验工况下的非饱和膨胀土抗剪强度，然后基于试验结果建立以含水量和总应力为独立变量的非饱和土抗剪强度公式。同时开展非饱和土三轴试验研究，利用土水特征曲线方程将含水量转化为吸力，建立基于Fredlund强度理论的膨胀土非饱和抗剪强度理论公式。然后将强度理论公式与试验成果进行对比研究，得到非饱和膨胀土抗剪强度规律。本项目的开展为非饱和膨胀土的理论研究创新和工程应用提供更有力的关键理论和方法。

非饱和土抗剪强度理论是非饱和土研究的重点之一。本项目通过开展非饱和土抗剪强度试验，对非饱和土抗剪强度理论进行了深入研究，主要内容包括：1）通过改进后能够控制孔隙气压和孔隙水压非饱和直剪仪，进行了直剪试验，得出了非饱和土在多种条件下的抗剪强度指标，并验证了经典的非饱和土强度理论；2）利用GDS公司生产的压力板仪，测定了多种干密度条件下的土水特征曲线；3）利用GDS公司生产的非饱和土三轴仪，进行了控制吸力条件下的固结排水排气实验，对Fredlund强度公式进行了验证；4）结合土水特征曲线与Fredlund强度公式，建立了基于含水量的强度公式，此公式可避免吸力的量测。通过本项研究，为非饱和土抗剪强度理论的工程应用提供了便捷的途径。