在大气作用下，交替的降雨和蒸发会引起非饱和边坡土体的干湿循环，对非饱和土的剪切特性及边坡稳定性产生重要的影响。本项目首先通过非饱和压实高岭土直剪试验探讨了干湿循环对非饱和土剪切特性的影响。试验结果表明干湿路径、干湿幅度和干湿循环次数影响了非饱和土的应力-应变曲线、峰值及残余抗剪强度和剪胀性等剪切特性。前两个因素的影响可归纳为干湿循环改变了土体的孔隙体积和饱和度，导致土体的状态发生变化，从而影响了非饱和土的剪切特性。对数据的分析表明基于有效饱和度定义的平均骨架应力可用于描述干湿路径和干湿幅度对非饱和土残余强度的影响。循环次数的影响除了改变土体的孔隙体积和饱和度以外，还会导致土体内摩擦角的衰减。采用模型试验和数值模拟研究了干湿循环下非饱和土边坡的吸力、含水率、变形和安全系数的变化规律，结果显示随着干湿循环次数的增加，坡体变形模式发生了变化，土体吸力和边坡安全系数在逐渐下降。本项目的研究结果可为干湿循环作用下非饱和土边坡稳定性分析提供的理论及数据参考。 2100433B

在大气作用下，交替的降雨和蒸发会引起非饱和土边坡土体的干湿循环。这种干湿循环作用对非饱和土的剪切特性及边坡稳定性产生重要的影响。然而当前对非饱和土剪切特性的干湿循环效应缺乏认识，没有建立相应的边坡稳定性分析方法。本项目针对上述科学问题，计划通过室内试验方法研究不同应力和吸力水平下干湿路径、干湿循环幅度和次数对非饱和土剪切特性的影响，揭示干湿循环的作用机理，建立非饱和土抗剪强度与这些影响因素的本构关系；结合室内试验结果，采用模型试验和数值分析方法来研究非饱和土边坡稳定性的干湿循环效应，揭示相应的影响规律及作用机理，并建立干湿循环作用下非饱和土边坡稳定性问题的分析理论和方法。本项目的研究结果将对非饱和土剪切特性的干湿循环效应研究提供基本依据，为相应的非饱和土边坡稳定性分析提供可靠的理论及数据参考,提高干湿循环作用下非饱和土边坡稳定性问题分析的理论水平和预测能力。

冻融循环作为一种温度变化的具体形式，可以被理解为一种特殊的强风化作用形式，对土的物理力学性质有着强烈的影响。研究表明，冻融循环使原状土的结构性得到显著的弱化，这表现在冻融循环可以使原状土的先期固结压力减小、三轴不排水剪切应力应变曲线上的峰值强度逐渐消失。而对于重塑土，其初始状态对冻融循环的作用效果有较大影响.。研究表明：冻融使密实土的孔隙比增大，而使松散土的孔隙比减小，密实土和松散土在经过冻融循环后其孔隙比趋向于一个稳定值———残余孔隙比；松散粉质土和低密度黏土及正常固结重塑土由于在冻融过程中被压密，使得模量与强度均有所增加，结构性得到强化；而对于强超固结的重塑土，冻融循环则会引起与原状土类似的结构弱化现象。

冻融循环对不同种类土的结构性具有不同的甚至是截然相反的作用效果，要研究冻融循环对土结构性的影响规律，首先弄清在冻融循环过程中土的三相组成分别所起的作用和可能发生的变化情况是很有必要的。

土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三相体系，固体颗粒构成土的骨架，水与空气充填于土骨架的孔隙中。冻融循环过程中，随着温度的正负波动，土体中的水会发生相变，由液态水变成固态冰或由固态冰变成液态水。由于水与冰的密度不同，固态冰的体积比等质量液态水的体积大，当液态水转变为固态冰时，冰晶生长体积膨胀，对周围的土颗粒产生挤压，这将会破坏土颗粒之间的胶结，使土颗粒发生位移甚至破碎变形，同时也会改变孔隙的形态。更重要的是，冻融循环过程中除了水分的相变，还伴随有水分的迁移。水分迁移使土体的孔隙形态、颗粒排列等结构性要素发生显著改变，使得冻融循环对土结构性的影响变得更加复杂.。在冻融过程中，水分发生迁移的基本条件有：1) 水的存在； 2) 迁移通道的存在；3) 迁移动力的来源。而土的液相、气相和固相组成提供了这3个条件。

土体中含有气体使非饱和土的性质远比两相的饱和土复杂，饱和土的某些原理对非饱和土不再适用，或者需要重新论证。弄清非饱和土的基本性状和工程性状及其主要影响因素，在此感性认识的基础上进行性质抽象和关系抽象，建立非饱和土研究的基本思路，探索在工程中考虑这些性状的本构关系和定性的、定量的分析方法，提出合理的计算公式，选择合适的特性参数试验方法（尤其是吸力的量测技术），确定各特性参数量值的范围，并将分析结果在实践中进行验证和修正等：这些就是非饱和土力学研究的主要任务。

非饱和土体中存在着大小和形状多变的孔道体系，当水分很少时，水分只能占据细的“狭颈”孔道，且互不连续，这时气相与外界大气连通（平衡）。这种状态在俞陈划分法中称为“气开敞”。另一种与此相反，当土中的水分很多时，液相不仅占据了全部小孔道，而且也占据了大孔道，气相被液体分割包围，形成弧立气泡悬浮于液体中，气相完全被封闭，与大气不能连通，固液气三相的界面现象消失，这时，非饱和土与饱和土的性状差别主要在于前者孔隙中的液体是可压缩的，而后者孔隙中的液体不可压缩，此即为气相的“完全封闭状态”。上述两种情况比较极端，也比较简单，介于上述两阶段之间的形态，则要复杂得多。对此，有不同的划分法，三阶段划分法将其称为“双开敞”阶段，即气相和液相均向大气开敞的意思，但这样划分似乎过于简单化了。事实上，“双开敞”的形态是一个很不稳定的阶段。当水分从“气相完全连通形态”增大时，土体中的部分不连续水相可以逐步地接续起来，并与外界相通。但这种情况只是部分发生，其余部分仍保留着气相与外界（大气）连通的状况。在这一阶段，土体受压后的变形将是相当迅速的。这阶段在“四形态的划分”中称之为“气相的部分连通形态”。当土中的水分继续增多时，不连续水的接续现象会继续发展和漫延，由于毛细水的迁移，在土体的表部首先将会形成连续的水膜，从而把气相与大气暂时隔离开来。这时，气相仅在土体内部存在连通现象，它在四形态划分中称为“气相的内部连通形态”。研究表明，非饱和土处于“内部连通”与处于“部分连通”时的性状将有显著的不同。在上述四种形态中，不言而喻，部分连通与内部连通两种形态将是非饱和土力学的主要研究对象。因为对于完全连通状态，可以看作“干土”，问题比较简单；而对于完全封闭形态，则可将它简化为内部充满可压缩流体的饱和土，许多饱和土的成果可以延伸和利用，故不是非饱和土研究的重点。

这本《非饱和土性状及其边坡稳定性》由张芳枝、梁志松、周秋娟编著，结合近年来非饱和土的基本性状试验研究、非饱和土边坡渗流以及稳定性研究进展，总结并介绍了目前非饱和土性状试验成果，以及非饱和土边坡渗流特性和边坡稳定性分析成果。本书共分为5章，内容包括：非饱和土的土一水特征曲线试验研究概述，非饱和土变形和强度特性的试验研究，非饱和土的渗流特性，降雨条件下饱和一非饱和土坡的稳定性分析，非饱和土堤防渗流特性与稳定性分析。让读者了解非饱和土性状及其边坡稳定性研究新进展，包括非饱和土的变形、强度和渗流特性试验与研究成果，以及非饱和土边坡渗流和稳定分析的有关成果。

《非饱和土性状及其边坡稳定性》可作为水利、土建、岩土、地质等有关专业教师、研究生阅读，亦可作为相关科研和工程技术人员的参考用书。

这本《非饱和土性状及其边坡稳定性》由张芳枝、梁志松、周秋娟编著。采用多种手段研究非饱和土性状及其边坡稳定性，在理论和实践上都有重要意义。为此，本书作者开展了非饱和土的变形和强度特性、边坡稳定性及其数值模拟的研究，并介绍和总结了近年来其他研究者的成果。全书包括三部分内容：一是非饱和土的渗透、变形和强度特性试验研究；二是降雨条件下饱和一非饱和土坡的稳定分析；三是非饱和土堤防渗流特性与稳定性分析。