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论“湿陷”与 “压缩”

1.湿陷

(1)《岩土工程基本术语标准》(GB/T 50279-98)中:

①4.2.69条对“湿陷性”的定义为:collapsibility,黄土类土在上部压力或自重作用下,浸水后产生显著附加沉陷变形的性状;

②3.2.35条对“湿陷性土”的定义为:collapsible soil,具有疏松粒状架空胶结结构体系,低湿时有较强的结构强度,在一定压力下浸水时,结构迅速破坏,产生明显湿陷现象的土。该条规定û有限于黄土。

③其他与“湿陷”有关的定义如:“黄土湿陷试验”、“湿陷系数”、“自重湿陷系数”以及“湿陷起始压力”等相关术语在定义中均将主语限定为“黄土”,而与“湿陷”对应的英文则均以collapse为词根;

(2)《土工试验方法标准》(GB/T 50123 - 1999)中对“黄土湿陷试验”的规定也说明:本实验方法适用于黄土类土。

(3)《岩土工程勘察规范》(GB 50021 – 2001)2009年版中在6.1节“湿陷性土”中将失陷性黄土的勘察排除在了该范Χ以外,单独见《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB 50025 - 2004),规范中包含的土为:湿陷性碎石土、湿陷性砂土和其他湿陷性土。

可见,“湿陷”这一现象并非仅仅出现在黄土中,也会出现在其他类土中。

现有的国内外文献中“湿陷”这一概念的使用也并不鲜见:Alonso、Gens和杨代泉等 [1]在关于非饱和土本构的论述中谈到“膨胀土在高应力作用下产生湿陷变形”;Alonso等[2-5]在非饱和土以及膨胀土模型的相关论述中也都使用了collapse来描述在一定荷载下土体浸水过程中体积减小的现象;袁俊平等[6]描述这一现象也使用了“土体团粒结构塌陷”和“土体湿陷”的表述,胡瑾等[7]在关于膨胀土在不同应力状态下的湿化变形论述中也使用了湿陷一词。

2.压缩

①《岩土工程基本术语标准》(GB/T 50279-98)中:4.2.48条对压缩性的定义:compressibility,土在压力作用下体积缩小的特性;

此外,在关于“压缩系数”、“体积压缩系数”等相关的定义中,都这一概念限制在K0固结试验中。可见,规范中对于压缩这一概念均属于外部荷载所引起的土体体积变形,对饱和土来说,在施加荷载的初期也会在土体中出现超孔隙水压力,那ô在土体体积变形的过程中还伴随着孔隙水压力的消散,后者通常使用“固结”这一概念。

对于自然界的现象使用科学术语进行描述时,通常是定义为某种作用在其对象上产生了某种效应,如果这种作用和效应有一种特殊的对应关系(函数关系),则可以称之为定律。

从非饱和土力学的角度来看,一般会选取两个应力状态变量——净应力(σij-ua)和吸力(ua-uw)——来进行土体应力状态的描述,上述现象中无外乎这两个变量的变化所引起土体体积变化的过程。在《岩土工程基本术语标准》中对压缩的定义里面使用的“压力”应该对应为“净应力”。

在一定荷载状态下浸水湿化相当于净应力(σij-ua)不变吸力(ua-uw)减小的过程,而压缩则是由于净应力(σij-ua)增大这一作用所引起的体积变化这一效应,虽然在后者所对应的过程中吸力(ua-uw)/孔隙水压力uw也有变化,但是吸力(ua-uw)/孔隙水压力uw在这里的变化不是作用,而是由净应力(σij-ua)变化所引起的附加效应,且仅限于饱和土。

从非饱和土的角度来讲,“压缩”应该是在由外部荷载的单一作用下所引起土体体积变化这一效应的过程,在该过程中会伴随有孔隙水压力的变化,但是孔隙水压力并不是外部环境对土体的作用,而是外部荷载对土体所产生的效应之一。而“湿陷”应该是在(σij-ua)不变的情况下由外部水的浸入这一作用下所引起的土体体积变化这一效应的过程,而且在该过程中一般不会有净应力的变化。最后,“固结”是指伴随着土体被压缩其中超孔隙水压力消散的过程。

所以,论文中使用“湿陷”一词来描述“压实膨胀土试样在一定上覆荷载(如200kPa)下浸水湿化过程中体积减小”这一现象是合适的。

参考文献

[1] 杨代泉. 非饱和土弹塑性应力应变特性模拟[J]. 岩土工程学报. 1995(06): 42-51.
[2] Alonso E A P D, Gens Solé A, Josa Garcia-Tornel A. A constitutive model for partially saturated soils[J]. Geotechnique. 1990, 40(3): 405-430.
[3] Gens A. Constitutive modelling: application to compacted soils[J]. Unsaturated soils. 1996, 3: 1179-1200.
[4] Gens A, Alonso E E. A framework for the behaviour of unsaturated expansive clays[J]. Canadian Geotechnical Journal. 1992, 29(6): 1013-1032.
[5] Alonso E E, Vaunat J, Gens A. Modelling the mechanical behaviour of expansive clays[J]. Engineering Geology. 1999, 54(1–2): 173-183.
[6] 袁俊平,陈剑. 膨胀土单向浸水膨胀时程特性试验与应用研究[J]. 河海大学学报(自然科学版). 2003(05): 547-551.
[7] 胡瑾,王保田,张文慧,等. 无荷和有荷条件下膨胀土变形规律研究[J]. 岩土工程学报. 2011(S1): 342-345.

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