真粘聚力

在土力學(xué)理論和各種土木建設(shè)實踐中，對于土體的穩(wěn)定性分析而言，其抗剪強度指標(biāo)（內(nèi)摩擦角和粘聚力）是最重要的力學(xué)參數(shù)，能否準(zhǔn)確地測定土體的抗剪強度指標(biāo)，往往是設(shè)計質(zhì)量好壞和工程成敗的關(guān)鍵。但由于影響土體抗剪強度的因素很多，因而使得其研究極為復(fù)雜。土體抗剪強度指標(biāo)多數(shù)是通過室內(nèi)剪切試驗來獲得，而在試驗過程中，該指標(biāo)又受試驗條件的影響。因此， 要準(zhǔn)確地確定土體抗剪強度指標(biāo)不是一件容易的事。粘性土的抗剪強度受眾多因素的影響，其中與土體本身性質(zhì)和狀態(tài)有關(guān)的因素有：土的礦物成分、土體結(jié)構(gòu)、 孔隙比、干密度、 含水量、 初始應(yīng)力和應(yīng)變以及應(yīng)力歷史等；與周圍環(huán)境有關(guān)的因素有：排水條件、溫度以及孔隙水的性質(zhì)等；與外荷有關(guān)的因素有：加荷速率和應(yīng)力路徑等。 此外，在室內(nèi)試驗中還與試驗擾動、加荷方法、試驗類型、試驗儀器和試驗資料的整理方法等有關(guān)。但是 ，土的真實抗剪強度究其源是由土的特性決定的，而土的特性通常由土的物理性質(zhì)來體現(xiàn)。因此， 可從土的物理性質(zhì)的角度來考慮對土體抗剪強度的影響 。

1）孔隙水對土體抗剪強度的影響：由太沙基在1925年提出飽和土的有效應(yīng)力原理可知，孔隙水是飽和粘土抗剪強度的重要影響因素。在非飽和的粘性土中，孔隙水對抗剪強度的影響更為復(fù)雜，這種土的粘聚力及其變化規(guī)律與它內(nèi)在的吸力或膨脹力有關(guān)，很難測定?，F(xiàn)有的常規(guī)試驗方法（不能測吸力）所求得的粘聚力實際包含有真粘聚力和各種不同的表觀粘聚力（吸附強度），其中真粘聚力的數(shù)值很小，而吸附強度的數(shù)值雖大卻很不穩(wěn)定，當(dāng)土體的含水量發(fā)生變化時，吸力和吸附強度均隨之變化。

2）孔隙比對土體抗剪強度的影響: 理論上，土體的孔隙越多，抵抗外荷載的能力就越弱，其強度就越小。相關(guān)分析結(jié)果表明，土的抗剪強度的確與孔隙比之間存在一定的相關(guān)性。對同一土體而言，孔隙越少，土顆粒所占體積就越多，顆粒結(jié)合越緊密，顆粒之間的連接力越強，因而粘聚力越大。而內(nèi)摩擦角是外力使土顆粒發(fā)生相互錯動的能力的體現(xiàn)，孔隙越少，顆粒發(fā)生相互錯動的能力并不一定強，因而孔隙比與內(nèi)摩擦力的相關(guān)性并不顯著。

3）干密度對土體抗剪強度的影響：土體具有可擊實性。當(dāng)土體的含水量為最優(yōu)含水量時， 在擊實功的作用下，土體可達(dá)到最緊密狀態(tài)，并達(dá)到相應(yīng)的最大干密度。 此時，土體顆粒間的結(jié)合程度最佳，土體結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，抗剪強度最高。

固結(jié)是指飽和土體由于壓縮應(yīng)力的增加，隨著孔隙水的排出，使土的體積逐漸減小的過程?？煞譃槌跏脊探Y(jié)，主固結(jié)和次固結(jié)。當(dāng)飽和土受壓后，其附加壓力由有效壓力和孔隙水壓力共同分擔(dān)，分擔(dān)的情況隨時間而變化。最初，由于土中孔隙水不能及時排出，附加壓力幾乎全由孔隙水壓力承擔(dān)，產(chǎn)生超靜水壓力水頭。孔隙水在此水頭作用下由孔隙中排出，土骨架受壓縮，附加壓力逐漸轉(zhuǎn)移到骨架上，有效壓力逐漸加大，而孔隙水壓力逐漸減小，最后附加壓力全部由有效壓力承擔(dān)，土的壓縮過程就結(jié)束。這整個過程，即稱固結(jié)或排水固結(jié)。故固結(jié)過程也可以理解為孔隙水壓力消散的過程。土固結(jié)的快慢取決于土中水排出的速度，也即取決于土的滲透性和滲透途徑的長短，透水性差，滲透途徑長則固結(jié)時間也長。

孔隙比是土體中的孔隙體積與其固體顆粒體積之比，一般以e表示孔隙比，是說明土體結(jié)構(gòu)特征的指標(biāo)。[1] 一般來說，e值越小，土越密實，壓縮性越低；e值越大，土越疏松，壓縮性越高。土的壓縮性高，表明土體的結(jié)構(gòu)強度差，則土體的壓縮量大。為了反映孔隙比對于粘土抗剪強度及其指標(biāo)的影響，伏斯列夫把抗剪強度分為受孔隙比影響的粘聚分量，也稱真粘聚力

土在外力作用下抵抗剪切滑動的極限強度稱為抗剪強度。土的抗剪強度可以認(rèn)為是由顆粒間的內(nèi)摩阻力以及由膠結(jié)物和束縛水膜的分子引力所造成的粘聚力所組成。用常規(guī)試驗方法所求得的粘聚力值中均包含有穩(wěn)定的真粘聚力和不穩(wěn)定的粘聚力兩種組成部分。真粘聚力即粘聚力，是指粘性土的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)產(chǎn)生的抗剪強度，其數(shù)值等于強度包線在剪應(yīng)力軸上的截距。不穩(wěn)定的粘聚力即表觀粘聚力，是指由吸附強度或砂土顆粒之間的咬合作用形成的不穩(wěn)定粘聚力。有效粘聚力簡單來說是指土在抗剪切過程中發(fā)揮作用的粘聚力。有效粘聚力大小等于表觀粘聚力和真粘聚力之和，真粘聚力比較穩(wěn)定，大致范圍在5～10 kPa，由吸附強度形成的不穩(wěn)定表觀粘聚力強度很大，可達(dá)20～80 kPa 。但表觀粘聚力受含水量影響很大，在地層吸水后，其吸附強度逐漸降低，直至飽和時完全消失。在相同的土體中，影響有效粘聚力大小主要是表觀粘聚力。例如，巖體結(jié)構(gòu)面內(nèi)軟弱物質(zhì)—泥質(zhì)的抗剪強度受含水量影響很大，在低濕度壓密狀態(tài)下的斷層泥粘聚力值可達(dá) 50~100 kPa，內(nèi)摩擦角φ可達(dá)170~200。而浸水后，粘聚力值一般低至5~20 kPa。又如黃土的粘聚力較高，除了土顆粒分子間存在是相互吸引力外，包裹土顆粒的鹽分如

粘聚力，又叫內(nèi)聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力，這種相互吸引力是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)。在有效應(yīng)力情況下，將總抗剪強度扣除摩擦強度，即得到粘聚力。從另一角度看，粘聚力是破壞面沒有任何正應(yīng)力作用下的抗剪強度。用常規(guī)試驗方法所求得的粘聚力值中均包含有穩(wěn)定的真粘聚力和不穩(wěn)定的粘聚力兩種組成部分。真粘聚力即粘聚力，是指粘性土的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)產(chǎn)生的抗剪強度，其數(shù)值等于強度包線在剪應(yīng)力軸上的截距。不穩(wěn)定的粘聚力即表觀粘聚力，是指由吸附強度或砂土顆粒之間的咬合作用形成的不穩(wěn)定粘聚力 。

土在外力作用下，抵抗剪切滑動的極限強度稱為抗剪強度，土的抗剪強度可以認(rèn)為是由顆粒間的內(nèi)摩阻力以及由膠結(jié)物和束縛水膜的分子引力所造成的粘聚力所組成。 土的顆粒間存在著相互作用力，其中粘土顆粒-水-電系統(tǒng)間的相互作用是最普遍的，顆粒間的相互作用可能是吸引力，也可能是排斥力。土的粘聚力是由于土顆粒間的引力和斥力的綜合作用。粘土中的引力主要包括以下幾種：

靜電引力

它包括庫侖力和離子-靜電力。由于粘土礦物顆粒是片狀的，在平面部分帶負(fù)電荷，而兩邊邊角處帶正電荷，邊和面接觸則會相互吸引。另外，由于粘土顆粒帶負(fù)電，在水溶液中會吸收陽離子，兩相鄰顆?？拷鼤r，雙電層重疊，形成公共結(jié)合水膜，通過陽離子將兩顆粒相互吸引。

范德華力

范德華力是分子間的引力。物質(zhì)的極化分子與相鄰的另一極化分子間可通過相反的偶極吸引，當(dāng)極化分子與非極化分子接近時，也可能誘發(fā)后者，而與其反號的偶極相吸引。

顆粒間的膠結(jié)

粘土顆粒間可以被膠結(jié)物所粘結(jié)，它是一種化學(xué)鍵。顆粒間的膠結(jié)包括碳、硅、鉛、鐵的氧化物和有機(jī)混合物。這些膠結(jié)材料可能來源于土料本身，亦即在礦物的溶解和重吸收過程中生成，也可能來源于土中水溶液。由膠結(jié)物形成的粘聚力可達(dá)到幾百千帕，這種膠結(jié)不僅對于粘土，而且對于砂土也會產(chǎn)生一定的粘聚力，即使含量很小，也明顯地改變了土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和強度包線。

顆粒間接觸點的化合價鍵

當(dāng)正常固結(jié)土在固結(jié)后再卸載而成為超固結(jié)土?xí)r，其抗剪強度并沒有隨有效正應(yīng)力的減小而按比例減小，而是保留了很大部分的強度。這是由于在這個過程中孔隙比減小，顆粒間接觸點形成了初始的化合鍵，這種化合鍵主要包括離子鍵、共價鍵和金屬鍵，其鍵能很高。

表觀粘聚力

這種粘聚力并非來源于粘土顆粒間的膠結(jié)和化合鍵，實際上是摩擦強度表現(xiàn)為粘聚力。包括在非飽和土中吸力引起的強度和粗粒土中咬合表現(xiàn)的強度。 2100433B