岩土工程新技术

非饱和土广泛分布于干旱半干旱地区、填土、机场跑道及地表浅层；孔隙中气体以大气泡或溶解于孔隙水的小气泡形式存在；饱和土是非饱和土的特例。

研究历程分三阶段：20 世纪 60 年代前侧重毛细作用；60～80 年代末将饱和土理论推广于非饱和土；80 年代末以来本构与固结理论深入发展。

毛细水上升时间公式 (8.1)：$t = \frac{nh}{k}\left[\log\frac{h}{h-z} - \frac{z}{h}\right]$，$h$为最大毛细水高度，$t$为上升至高度$z$所需时间。

非饱和土为固相、液相、气相及气液界面（收缩膜）组成的四相体系；可按饱和度、气泡连通性等分类。

Terzaghi 有效应力原理：$\sigma' = \sigma - u$；孔隙水压力$u$为中性压力，有效应力$\sigma'$驱动土粒相对运动与变形；式 (8.2) 仅适用于饱和土。

Bishop 有效应力公式：$\sigma' = \sigma - u_a + \chi(u_a - u_w)$，$\chi$为与饱和度、吸力相关的参数；净应力$(\sigma - u_a)$与基质吸力$(u_a - u_w)$为两个独立应力状态变量。

表 8.1 汇总多种非饱和土有效应力公式，可归纳为：由强度问题导出、由变形特征导出、强度与变形通用型及经验公式四类。

按 Barden (1965) 分类，可据饱和度$S$划分五类非饱和土；按 Bao (1979) 分类，可据气泡连通性分完全连通、部分连通、内部连通与完全封闭四类。

Bishop 与 Green (1969) 指出Mohr-Coulomb 强度准则最适合描述土体强度特性；Coulomb 提出最大剪应力屈服理论。

非饱和土抗剪强度可写为：$\tau = c' + (\sigma - u_a)\tan\varphi' + (u_a - u_w)\tan\varphi_b$，$\varphi_b$为与基质吸力相关的有效内摩擦角。