基于顆粒級配參數描述砂土持水及非飽和強度特性的土壤轉換函數

張 昭，程靖軒，劉奉銀，齊吉琳

（1. 西安理工大學 巖土工程研究所，陜西 西安 710048；2. 北京建筑大學 土木與交通工程學院，北京 100044）

1 研究背景

土的持水特性可用持水曲線描述，不僅是非飽和土水力特性的重要組成部分，而且在表征力-水耦合效應時發揮了核心作用。依據文獻［1-2］，持水曲線與顆粒級配曲線、顆粒組成、干密度（或孔隙比）之間的關系可用土壤轉換函數描述。黏土因其黏粒含量或有機質含量很高而在顆粒間會產生復雜的物理-化學相互作用，其微觀結構非常復雜、干密度變化顯著，然而，砂土因其干密度變化范圍相對較小而可采用顆粒級配曲線快速、合理地預測其持水曲線。

土的非飽和強度特性在土坡穩定性評價以及路基設計過程中至關重要。已有學者以非飽和砂土為研究對象，在抗剪強度的試驗規律［3-5］與其理論表達式［6-8］、抗拉強度［9-11］或黏聚作用機理［12］等方面取得了很多有價值的研究成果。依據文獻［8，13-14］可知，非飽和強度特性與飽和度或基質吸力密切相關，在持水曲線上一定基質吸力對應的飽和度（或有效飽和度）可嵌入強度公式中。由此可見，若能利用砂土的顆粒級配參數預測其持水曲線，則可進一步估算在給定飽和度或基質吸力下的非飽和強度。這種方法對早期尚未測得試驗數據的非飽和土工程中具有應用前景。

關于持水曲線的預測，若從半物理-半經驗角度出發，一般假定土顆粒為球體顆粒，其間孔隙簡化為圓柱形孔隙。……