無粘性土

無粘性土的抗剪強度決定于有效法向應(yīng)力和內(nèi)摩擦角。密實砂土的內(nèi)摩擦角與初始孔隙比，土粒表面的粗糙度及顆粒級配等因素有關(guān)。松砂的內(nèi)摩擦角大致與干砂的天然休止角相等。無粘性土抗剪強度是無粘性土的滑動面上的法向總應(yīng)力的函數(shù)，其計算方法如下：根據(jù)庫倫定律土的抗剪強度τ=σtanφ c，其中φ為內(nèi)摩擦角，c為土的粘聚力。 2100433B

無粘性土的物理性質(zhì)主要決定于土的密實度狀態(tài)，土的濕度狀態(tài)僅對細砂，粉砂有影響。無粘性土呈密實狀態(tài)時，強度較大，是良好的天然地基；呈稍密，松散狀態(tài)時則是一種軟弱地基，尤其是飽和的粉,細砂，穩(wěn)定性很差，在振動荷載作用下易發(fā)生液化失穩(wěn)現(xiàn)象。

無粘性土實密度的劃分：

（1）砂土實密度按照標準貫入擊數(shù)N劃分

根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計實驗規(guī)范》GB 50007--2011和《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63--2007，用按原位標準貫入錘擊數(shù)N劃分砂土密實度。

密實

中密

稍密

松散

（2）碎石土密實度按重型動力觸探擊數(shù)劃分

根據(jù)現(xiàn)行國家標準《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計實驗規(guī)范》GB 50007--2011和《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63--2007，碎石土的密度可按重型（圓錐）動力觸探試驗錘擊數(shù)

密實

中密

稍密

松散

無粘性土的擊實性，無粘性土的壓實標準，一般用相對密度Dr。

無粘性土情況有些不同。無粘性土的壓實性也與含水量有關(guān)，不過不存在著一個最優(yōu)含水量。一般在完全干燥或者充分灑水飽和的情況下容易壓實到較大的干密度。

潮濕狀態(tài)，由于具有微弱的毛細水連結(jié)，土粒間移動所受阻力較大，不易被擠緊壓實，干密度不大。

無粘性土的壓實標準，一般用相對密度Dr。一般要求砂土壓實至Dr>0.67，即達到密實狀態(tài)。

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通過地下水滲流的室內(nèi)模型試驗，利用顯微數(shù)碼攝像可視化跟蹤技術(shù)和數(shù)字圖像變形量測技術(shù)觀察和攝錄地下水位面變化過程中土顆粒的移動軌跡，為地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀機理分析和顆粒流數(shù)值模擬提供試驗數(shù)據(jù)；并從土體內(nèi)部流固耦合機制的細觀層面上分析地下水滲流與土顆粒介質(zhì)之間的相互作用，深入研究地下水滲流引起無粘性土層沉降的細觀力學(xué)機理?；陬w粒流理論，建立地下水位面變化過程中無粘性土層沉降發(fā)展變化規(guī)律的細觀理論模型，并在PFC計算軟件的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，對地下水滲流過程中土顆粒的移動規(guī)律進行細觀模擬，進一步從細觀角度深入理解和認識地下水滲流引起無粘性土層沉降的機理；結(jié)合上海等地區(qū)無粘性土層沉降的觀測資料，利用研究取得的滲流引起無粘性土層沉降機理的細觀力學(xué)分析理論和相應(yīng)方法，把理論預(yù)測的土層沉降結(jié)果與實際的觀測資料進行對比，為地面沉降災(zāi)害的預(yù)測和治理提供參考意見。

無粘性土坡即是由粗顆粒土所堆筑的土坡。相對而言，無粘性土坡的穩(wěn)定性分析比較簡單，可以分為下面二種情況進行討論。

一、均質(zhì)的干坡和水下坡均質(zhì)的干坡系指由一種土組成，完全在水位以上的無粘性土坡。水下土坡亦是由一種土組成，但完全在水位以下，沒有滲透水流作用的無粘性土坡。在上述二種情況下，只要土坡坡面上的土顆粒在重力作用下能夠保持穩(wěn)定，那么，整個土坡就是穩(wěn)定的。

在無粘性土坡表面取一小塊土體來進行分析(右圖)，設(shè)該小塊土體的重量為W，其法向分力N=Wcos，切向分力T=Wsin。法向分力產(chǎn)生摩擦阻力，阻止土體下滑，稱為抗滑力，其值為R=N·tg=Wcos·tg。切向分力T是促使小土體下滑的滑動力。則土體的穩(wěn)定安全系數(shù)F_s為：

式中：

φ——土的內(nèi)摩擦角(°)；

α——土坡坡角(°)。

由上式可見，當(dāng)α=φ時，F_s=1，即其抗滑力等于滑動力，土坡處于極限平衡狀態(tài)，此時的α就稱為天然休止角。當(dāng)α<φ時，土坡就是穩(wěn)定的。為了使土坡具有足夠的安全儲備，一般取F_s=1.1～1.5。

二、有滲透水流的均質(zhì)土坡

當(dāng)邊坡的內(nèi)、外出現(xiàn)水位差時，例如基坑排水、坡外水位下降時，在擋水土堤內(nèi)形成滲流場，如果浸潤線在下游坡面逸出，這時，在浸潤線以下，下游坡內(nèi)的土體除了受到重力作用外，還受到由于水的滲流而產(chǎn)生的滲透力作用，因而使下游邊坡的穩(wěn)定性降低。

滲流力可用繪流網(wǎng)的方法求得。作法是先繪制流網(wǎng)，求滑弧范圍內(nèi)每一流網(wǎng)網(wǎng)格的平均水力梯度i，從而求得作用在網(wǎng)格上的滲透(流)力：

式中：

γ_w——水的重度；

A_i——網(wǎng)格的面積。

求出每一個網(wǎng)格上的滲透力J_i后，便可求得滑弧范圍內(nèi)滲透力的合力T_J。將此力作為滑弧范圍內(nèi)的外力(滑動力)進行計算，在滑動力矩中增加一項：

式中：l_J——T_J距圓心的距離。

如果水流方向與水平面呈夾角θ，則沿水流方向的滲透力j=γ_wi。在坡面上取土體V中的土骨架為隔離體，其有效的重量為γ'V。分析這塊土骨架的穩(wěn)定性，作用在土骨架上的滲透力為J=jV=γ_wiV。因此，沿坡面的全部滑動力，包括重力和滲透力為：

T=γ’Vsinα γ_wiVcos（α-θ）

坡面的正壓力為：

N=γ’Vcosα γ_wiVsin（α-θ）

則土體沿坡面滑動的穩(wěn)定安全系數(shù)：

式中：

i——滲透坡降；

γ‘——土的浮重度；

γ_w——水的重度；

φ——土的內(nèi)摩擦角。

若水流在逸出段順著坡面流動，即θ=α。這時，流經(jīng)路途ds的水頭損失為dh，所以，有

將其代入穩(wěn)定安全系數(shù)公式，得：

由此可見，當(dāng)逸出段為順坡滲流時，土坡穩(wěn)定安全系數(shù)降低γ’/γ_sat。因此，要保持同樣的安全度，有滲流逸出時的坡角比沒有滲流逸出時要平緩得多。為了使土坡的設(shè)計既經(jīng)濟又合理，在實際工程中，一般要在下游壩址處設(shè)置排水棱體，使?jié)B透水流不直接從下游坡面逸出(右圖)。這時的下游坡面雖然沒有浸潤線逸出，但是，在下游坡內(nèi)，浸潤線以下的土體仍然受到滲透力的作用。這種滲透力是一種滑動力，它將降低從浸潤線以下通過的滑動面的穩(wěn)定性。這時深層滑動面(如圖中虛線表示)的穩(wěn)定性可能比下游坡面的穩(wěn)定性差，即危險的滑動面向深層發(fā)展。這種情況下，除了要按前述方法驗算坡面的穩(wěn)定性外，還應(yīng)該用圓弧滑動法驗算深層滑動的可能性。