非黏性土概念

土分為非粘性土和粘性土，其中非粘性土的粒度遠大于粘性土的粒度。一般的礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂都屬于非粘性土。

無粘性土中密度的作用最大，它直接影響土的透水性和強度，粘性土中，聯(lián)結(jié)形式是最根本的(其次才是密度)，具體表現(xiàn)在含水量不同而反映出的不同稠度，決定著土的力學(xué)性質(zhì)。從1974年頒發(fā)的《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中亦可看出：無粘性土地基承載力取決于密實度(圖1)，而一般粘性土則取決于稠度和孔隙比(圖2)。

現(xiàn)將一般無粘性土和粘性土的不同特點及肉眼鑒定的主要特征和方法，綜合歸納如圖3。圖4可供鑒定砂土密度參考。

為便于討論，我們認定三種類型的非粘性上。第一種土，基本上由足夠強度的中等顆?；蛩軕?yīng)力足夠小的顆粒所組成，以致顆粒破斷在土的性能中不占主要地位。第二種是基本上由大顆粒構(gòu)成的土，例如填石的情況，并受到高應(yīng)力，以致體積變化主要由顆粒破斷決定。第三種包括可能液化或被空氣潤滑的細顆粒材料，如粉砂。

第一種干的非粘性土的性狀可以用“臨界孔隙比”一詞來描述。這個術(shù)語是卡薩格蘭德(Casagrande，1936)提出的。它表示極限孔隙比。在此比值以上土剪切變形時體積趨于縮小，而在比值以下材料顯示出膨脹的傾向。有人證明， (Whiteman and Healy，1962)臨界孔隙比是側(cè)限壓力的遞減函數(shù)，又是剪切應(yīng)變的遞增函數(shù)。剪切應(yīng)變對臨界孔隙比的影響是使得所有非粘性土在足夠大的應(yīng)變時趨干膨脹。圖5顯示這些變量的典型關(guān)系。

在對地震問題有意義的速度的范圍內(nèi)，加荷速度對于干的非粘性土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的影響是不重要的，假定條件是土孔隙中的空氣在壓力下不會有明顯的變化。 實際上，自破壞時間為幾分鐘的量級變?yōu)榍Х种畮酌氲牧考?，使?nèi)摩擦角的增加也不會超過大約一度(Whitman and Healy，1962)。對于我們所考慮的土，孔隙壓力不占重要地位.

反復(fù)交替荷載最后在所有非粘性土中引起體積減小。這對于干的或部分飽和材料并不特別重要。

如果孔隙水能以足夠高的速度在材料中流進流出，不致產(chǎn)生明顯的孔隙壓力，這些土的性狀與部分飽和非粘性土在定性上沒有什么差別。問題只是選擇適當?shù)膮?shù)值。

另一極端的情況是不排水的、重復(fù)荷載下的三軸試驗。為了描述在這些條件下土的性能，希德和李(Seed and Lee，1966)以及李和希德(Lee and Seed，1967)對初始、部分和全部液化加以區(qū)別。直到某些循環(huán)，每一循環(huán)產(chǎn)生的應(yīng)變很小(小于百分之一)，但循環(huán)孔隙壓力顯示累積增加。在某些循環(huán)之后，當偏離應(yīng)力為零的孔隙壓力變成等于側(cè)限應(yīng)力，以致有效應(yīng)力降到零。上述著者稱此為初始液化。此后應(yīng)變隨循環(huán)次數(shù)迅速增加。在偏離應(yīng)力更大的范圍內(nèi)孔隙壓力等于側(cè)限壓力。這時稱砂處于部分液化狀態(tài)。當循環(huán)應(yīng)變達到20%，我們就說砂已經(jīng)全部液化。圖6說明了兩種不同相對密度砂的過程。這種現(xiàn)象是由于法向應(yīng)力轉(zhuǎn)換為超孔隙水壓力，以致喪失顆粒間的壓力而造成的。

對非粘性土不排水的土樣試驗表明，無論什么材料密度，在足夠次數(shù)的荷載重復(fù)后，最后還是會發(fā)生部分和全部液化。只有在密實材料中會經(jīng)過部分液化；而散砂，舉例來說，就直接從滿剪切強度到全部液化。

“足夠的循環(huán)次數(shù)”這個詞，根據(jù)不同的相對密度具有完全不同的意義。對于非常松散材料，它表示約不多于6個循環(huán)。對于非常密實的土樣，它表示要反復(fù)施加剪力至少幾百次。

顆粒間側(cè)限壓力對出現(xiàn)部分或全部液化的影響，看來在定性上和它對交替應(yīng)力下干的非粘性材料體積變化的影響非常相似。平均或靜力剪切的影響需要進一步研究，但大概不太重要。 2100433B