学术专著 | Leong—非饱和土土工试验教程
前  言非饱和土力学的发展滞后于饱和土力学和经典土力学的发展。在过去的四五十年里，我们对非饱和土力学的理解有了很大的提高。然而，非饱和土力学在实际中的应用尚未普及。正如已故的Geoffrey Blight教授在他的《岩土工程实践中的非饱和土力学》一书中所指出的那样，这并不令人惊讶非饱和土只要在含水量近似恒定的情况下保持非饱和状态，通常不会引起岩土工程问题。当非饱和土壤受到润湿时，问题就出现了……土壤表面会出现沉降、崩塌或隆起，当强度丧失导致边坡破坏或滑坡，当管道开始损坏，压实的土衬里泄漏时。如果没有吸收多余的水分，这些普遍存在的问题就不会发生。当这些“特殊”问题确实发生时，可能不熟悉非饱和土力学的执业工程师也面临着确定非饱和土性质的主要问题。非饱和土的测试比饱和土需要更多的小心、耐心和努力。非饱和土的测试大多停留在高校的研究实验室。非饱和土的测试由于缺乏标准而变得更加困难。非饱和土试验中经常出现的问题是试验设备昂贵、试验过程复杂、试验时间长。虽然有一种变通的方法可以通过估算来获得非饱和土的特性，但获得非饱和土特性的金标准仍然是通过试验。因此，我们努力将我们在非饱和土壤测试方面的经验与其他文献中的经验整理到本书中，为学生和从业人员以及非饱和土壤的早期研究人员提供方便的参考资料。在适用的情况下，它补充了现有的非饱和土壤测试标准，并补充了当前的发展和知识。这本书假设用户有经典土力学和饱和土的测试知识，以了解土壤测试的意义和局限性。然而，每个非饱和土试验的描述分为三个主要部分:背景和理论，测试方法和解释和分析。第一部分和第三部分区别于一般的测试手册，旨在帮助读者快速掌握非饱和土测试的基本原理。试验程序分为几个阶段，以便读者可以将这些阶段与相应的饱和土试验阶段联系起来。每个测试中的缺陷和测试结果的解释在适用的情况下都进行了仔细的解释。对每次试验的基本信息进行提炼，将使新手能够快速地从事非饱和土试验。该书包含参考文献和进一步的阅读清单，以鼓励读者进一步发展自己的理解和先进的知识，对非饱和土力学和非饱和土试验。我们希望这本书将成为一个有用的资源，非饱和土的测试将在实践中变得更加普遍。发展历史从1936年首届国际土力学与基础工程学会会议以来发表的论文可以看出，早期的土力学研究并没有将土力学分为饱和土和非饱和土。然而，在那次会议上，饱和土的原理和理论开始出现，Terzaghi在同一次会议上首次提出了有效应力的概念。有效应力原理的建立促进了饱和土力学的迅速发展，并将其应用于许多岩土工程问题。事后看来，饱和土力学的发展首先是自然的，因为饱和土只涉及两个阶段，土与空气(干土)或土与水(饱和土)。对非饱和土的认识在早期面临着许多挑战。首先，涉及三个阶段;其次，土试还处于发展的初级阶段，最后，当时最严重的岩土工程问题涉及饱和粘土。饱和土力学的发展导致了更好的土试验、设备和仪器的设计。虽然对非饱和土的研究并没有完全停止，但直到1959年才出现了非饱和土有效应力的概念(Bishop 1959)。1977年，Fredlund和Morgenstern提出了两个应力状态变量来描述非饱和土的行为。随着1970年代数据采集和个人计算机的出现，较长时间的试验和反馈控制系统成为可能，这在一定程度上有助于开发恒吸力下的非饱和土试验，其中必须应用非常低的剪切速率，远低于饱和土排水试验的剪切速率。自1936年第一届国际土力学与基础工程学会会议以来，饱和土力学正在发展，与此同时，另一组人正在研究一种特殊的土壤2实验室试验，用于研究被称为膨胀土的非饱和土，这种土给世界上许多建筑结构带来了问题。膨胀土问题发生在初始条件为干燥/非饱和的土壤中，但当土壤湿润时，它们会发生剧烈的膨胀。1938年，美国垦务局在俄勒冈州的Owyhee项目中首次认识到这种膨胀的土壤问题，因为它是钢虹吸管的基础(Holtz和Gibbs 1956)。人们对膨胀土的兴趣越来越大，1959年在科罗拉多州戈尔登市的科罗拉多矿业学院举行了第一次关于膨胀土的全国会议。第一届和第二届膨胀土国际会议分别于1965年和1969年在德克萨斯农工大学举行。随后又举行了五次关于膨胀土的会议，1992年在德克萨斯州达拉斯举行了第七次或最后一次国际膨胀土会议。人们认识到膨胀土自然地属于非饱和土的范畴，从那时起，膨胀土被纳入1995年在法国巴黎举行的第一次非饱和土国际会议。从那时起，许多国际和区域会议定期召开，传播非饱和土的最新研究和发展。尽管在非饱和土的测试方面取得了许多进展，但非饱和土的测试仍然主要在大学的研究实验室中进行，尽管一些非饱和土测试已经标准化。目前，还没有一本专门介绍非饱和土实验室测试的书。这本书整理了我们的经验和那些其他人从非饱和土壤的测试文献带来的研究非饱和土壤试验的进展到商业土壤测试实验室。目 录