1 绪论
1.1 国内外研究现状
1.1.1 非饱和土的有效应力状态及强度特性
应力状态是研究土力学性质和应变关系的基础。有效应力原理认为，饱和土的变形和强度是由有效应力控制的，对于非饱和土，采用有效应力和应力状态变量描述其应力状态。
（一）Bishop[2]强度理论
1955 年，Bishop 提出了非饱和土的有效应力公式，通过莫尔库伦强度理论公式推导出非饱和土的抗剪强度公式：
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1.2 本文研究思路及内容
西北地区广泛分布着大孔隙、欠压密、竖向裂隙明显的原状黄土，本次采用两种制样方法分别制得各向异性和各向同性重塑黄土，三者结构性差异显著。本次将对各向异性和各向同性重塑黄土试样进行不同加卸载路径的压缩试验及常应力分级增湿试验，控制吸力的等向压缩试验和控制吸力、净围压的固结排水三轴剪切试验，并引用与本次试验具有相同物理性质的原状土的试验结果，探讨成样方法引起的结构性变化对非饱和黄土力学特性的影响。本文针对此问题将完成以下几方面的工作：
（1）基于加载条件下的压缩试验，分析含水率及结构性对黄土压缩、湿陷特性的影响。
（2）基于不同卸载再加载条件下的压缩试验，分析加卸载路径及结构性对黄土压缩特性、静止土压力系数的影响，并提出了卸载时静止土压力系数的表达式。
（3）基于不同竖向应力的常应力分级增湿试验，分析竖向应力、力水作用路径及结构性对黄土增湿变形特性、湿陷特性及静止土压力系数的影响。
（4）基于加载条件下的压缩试验，分析含水率、竖向应力及结构性对黄土静止土压力系数的影响，并提出了加载条件下静止土压力系数的数学模式。
（5）基于控制吸力的等向压缩试验，分析吸力和结构性对黄土应力应变关系、孔隙比应力关系及屈服特性的影响，提出压缩指数和吸力关系表达式，得到不同结构性黄土的加载湿陷屈服线。
（6）基于控制吸力、净围压的三轴剪切试验，分析净围压、吸力及结构性对黄土应力应变关系、体应变轴应变关系、孔隙比应力关系、临界状态及强度特性的影响；并提出抗剪强度参数和吸力的线性关系。
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2 试验的基本情况及研究方案
2.1 试验用土及试样制备
2.1.1 试验用土的物理性质
试样为散土制备的重塑土，该黄土取自西安北郊红庙坡某工地，取土深度为 3~4m，为典型的 Q3黄土。土样主要物理指标如表 2-1 所示。
2.1.2 试样的制备
试样采用了两种不同的制备方法，分别制得具有各向异性和各向同性应力历史的重塑黄土试样，制备的试样均为天然干密度（ρd=1.26g/cm3），制样含水率为 w=14%。
a.各向异性应力历史重塑黄土试样的制备
具有各向异性应力历史重塑黄土，即土样在不同的方向上呈现出差异的性质。引用文献[28]中的制样方法及名称，根据试验时试样干密度，算出所需湿土重量，将土放入侧限的模具中，顶部用加载设备加压分 5 层压实制样，由于试样在顶部加载，周围侧限，这样的土样水平和竖直方向受力状态不同。
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2.2 侧限应力条件下试验研究方案
2.2.1 试验方案
对各向异性和各向同性重塑黄土试样进行不同加卸载路径条件下的侧限压缩试验和常应力分级增湿试验，以研究侧限压缩应力条件下重塑黄土的力学特性。制样干密度ρd=1.26g/cm3，含水率为 14%。由于试样的干密度较小和仪器的原因，各向异性重塑黄土最大加荷荷载为 1200kPa,各向同性重塑黄土的最大加荷荷载为 800kPa。
a.加载侧限压缩试验
为研究含水率、竖向应力对不同结构性重塑黄土的压缩变形湿陷以及静止土压力的影响，对各向同性和各向异性重塑黄土试样进行了压缩试验，将制样干密度 ρd=1.26g/cm3，含水率为 14%的试样预先增湿到 15.2%、16.55%、18%、21.75%、24.75%、42.33%（饱和）。具体试验方案见表 2-2。
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3.1 结构性对黄土压缩特性的影响 .......................................... 13
3.1.1 含水率对黄土压缩特性的影响 ................................. 13
3.1.2 结构性对黄土压缩特性的影响 ........................... 15
4 结构性对黄土静止土压力系数的影响 ............................... 26
4.1 加荷路径时结构性对黄土静止土压力系数的影响 ........................ 26
4.1.1 含水率对黄土静止土压力系数的影响 ........................... 26
4.1.2 竖向应力对黄土静止土压力系数的影响 .......................... 27
5 结构性对黄土等向压缩特性及屈服特性的影响 .............................. 43
5.1 结构性对黄土等向压缩特性的影响 .................................. 43
5.1.1 吸力对黄土等向压缩特性的影响 ............................. 43
5.1.2 结构性对黄土等向压缩特性的影响 ...................... 45
6 结构性对黄土变形强度特性的影响
6.1 结构性对黄土应力应变关系的影响
6.1.1 净围压对黄土应力应变关系的影响
吸力相同围压不同时，各向异性和各向同性重塑黄土偏应力和轴向应变的关系如图6-1、图 6-2 所示。由图可以看出：
（1）吸力相同围压不同时, 随着轴向应变的增大，曲线呈上升趋势，且由快速和缓慢上升两部分构成；相同轴向应变条件下，偏应力随着围压的增大而增大。试样破坏时，净围压越大，试样的剪切强度越大
（2）各向异性和各向同性重塑土应力-应变曲线皆为硬化型，应力应变关系曲线随着围压的增大由弱硬化型向强硬化型转变。
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7 结论与展望
7.1 本文主要工作和成果
本文主要对各向同性和各向异性重塑黄土进行了不同加卸载路径下的压缩试验和不同竖向应力的常应力分级增湿试验，以及控制吸力的等向压缩试验和控制吸力、净围压固结排水三轴剪切试验，研究了成样方法引起的结构性变化对非饱和黄土力学特性的影响，对比分析得到以下结论：
a.不同加载路径下的侧限压缩试验
（1）加载路径下，含水率、竖向应力及结构性对重塑黄土的压缩、湿陷及静止土压力系数均有较大的影响。含水率和结构性对黄土的弹性指数 Cs和压缩指数 Cc的影响很小。土的结构性越强，则屈服应力越大，静止土压力系数越小。
（2）卸载再加载条件下，竖向应力、加卸荷路径以及结构性的差异对土样的回弹变形基本没有影响；不同的卸荷路径对临界竖向应力有影响，卸荷时的大于再加荷时的临界竖向应力。
（3）湿陷系数 δs随着竖向压力 σv的增大先增大后减小，屈服应力 σvy与 δs~lnσv曲线峰值点所对应的竖向应力 σv基本相同，土体的结构性越弱，越先湿陷屈服。
b.侧限压缩条件下的常应力增湿试验
（1）常应力增湿条件下，竖向应变随着含水率的增大先增大后基本不变；增湿前施加的力小于屈服应力时，含水率的变化对竖向应变的影响很小，当增湿应力超过土样的屈服应力时，竖向应变随着含水率的增大先陡增后趋于稳定；各向异性土的增湿压缩变形量超过各向同性重塑土随着增湿竖向应力增大，结构性对土体的影响越来越小。
（2）在目标竖向压力下加载稳定后进行逐级增湿时，试样的侧向压力 σh随着增湿级数和含水率的增大而增大；同一竖向压力下先加载后增湿饱和时的 K0值与先增湿后加载的 K0值基本相同，表明力水作用路径对静止土压力系数基本没有影响。侧向应力和静止土压力系数各向异性大于各向同性重塑黄土。
参考文献（略）