[科普中国]-真粘聚力

简介

孔隙比是土体中的孔隙体积与其固体颗粒体积之比，一般以e表示孔隙比，是说明土体结构特征的指标。[1] 一般来说，e值越小，土越密实，压缩性越低；e值越大，土越疏松，压缩性越高。土的压缩性高，表明土体的结构强度差，则土体的压缩量大。为了反映孔隙比对于粘土抗剪强度及其指标的影响，伏斯列夫把抗剪强度分为受孔隙比影响的粘聚分量，也称真粘聚力和不受孔隙比影响的摩擦分量。角标e表示孔隙比。通常把抗剪强度与纵坐标的截矩表示在同一孔隙比e条件下的粘聚力，称为真粘聚力，与水平轴的夹角称为真内摩擦角。真粘聚力一般与固结应力成正比。

抗剪强度在土力学理论和各种土木建设实践中，对于土体的稳定性分析而言，其抗剪强度指标（内摩擦角和粘聚力）是最重要的力学参数，能否准确地测定土体的抗剪强度指标，往往是设计质量好坏和工程成败的关键。但由于影响土体抗剪强度的因素很多，因而使得其研究极为复杂。土体抗剪强度指标多数是通过室内剪切试验来获得，而在试验过程中，该指标又受试验条件的影响。因此， 要准确地确定土体抗剪强度指标不是一件容易的事。粘性土的抗剪强度受众多因素的影响，其中与土体本身性质和状态有关的因素有：土的矿物成分、土体结构、 孔隙比、干密度、 含水量、 初始应力和应变以及应力历史等；与周围环境有关的因素有：排水条件、温度以及孔隙水的性质等；与外荷有关的因素有：加荷速率和应力路径等。 此外，在室内试验中还与试验扰动、加荷方法、试验类型、试验仪器和试验资料的整理方法等有关。但是 ，土的真实抗剪强度究其源是由土的特性决定的，而土的特性通常由土的物理性质来体现。因此， 可从土的物理性质的角度来考虑对土体抗剪强度的影响1。

1）孔隙水对土体抗剪强度的影响：由太沙基在1925年提出饱和土的有效应力原理可知，孔隙水是饱和粘土抗剪强度的重要影响因素。在非饱和的粘性土中，孔隙水对抗剪强度的影响更为复杂，这种土的粘聚力及其变化规律与它内在的吸力或膨胀力有关，很难测定。现有的常规试验方法（不能测吸力）所求得的粘聚力实际包含有真粘聚力和各种不同的表观粘聚力（吸附强度），其中真粘聚力的数值很小，而吸附强度的数值虽大却很不稳定，当土体的含水量发生变化时，吸力和吸附强度均随之变化。

2）孔隙比对土体抗剪强度的影响: 理论上，土体的孔隙越多，抵抗外荷载的能力就越弱，其强度就越小。相关分析结果表明，土的抗剪强度的确与孔隙比之间存在一定的相关性。对同一土体而言，孔隙越少，土颗粒所占体积就越多，颗粒结合越紧密，颗粒之间的连接力越强，因而粘聚力越大。而内摩擦角是外力使土颗粒发生相互错动的能力的体现，孔隙越少，颗粒发生相互错动的能力并不一定强，因而孔隙比与内摩擦力的相关性并不显著。

3）干密度对土体抗剪强度的影响：土体具有可击实性。当土体的含水量为最优含水量时， 在击实功的作用下，土体可达到最紧密状态，并达到相应的最大干密度。 此时，土体颗粒间的结合程度最佳，土体结构最为稳定，抗剪强度最高。

固结固结是指饱和土体由于压缩应力的增加，随着孔隙水的排出，使土的体积逐渐减小的过程。可分为初始固结，主固结和次固结。当饱和土受压后，其附加压力由有效压力和孔隙水压力共同分担，分担的情况随时间而变化。最初，由于土中孔隙水不能及时排出，附加压力几乎全由孔隙水压力承担，产生超静水压力水头。孔隙水在此水头作用下由孔隙中排出，土骨架受压缩，附加压力逐渐转移到骨架上，有效压力逐渐加大，而孔隙水压力逐渐减小，最后附加压力全部由有效压力承担，土的压缩过程就结束。这整个过程，即称固结或排水固结。故固结过程也可以理解为孔隙水压力消散的过程。土固结的快慢取决于土中水排出的速度，也即取决于土的渗透性和渗透途径的长短，透水性差，渗透途径长则固结时间也长。