首次提出土骨架水的概念，將土分成飽和土、非飽和土和干土。明確了有效應(yīng)力的物理意義，完善和修正了有效應(yīng)力原理。分離考慮孔隙流體壓強(qiáng)和其它外力的作用，分別采用分相平衡方程、粒間力分析、土體斷面內(nèi)力分析、外力土骨架應(yīng)力的定義、現(xiàn)有的孔隙介質(zhì)力學(xué)平衡方程等5種方法推導(dǎo)出非飽和土的有效應(yīng)力方程，從理論上說明有效應(yīng)力是不包含孔隙流體壓強(qiáng)的所有其它外力作用產(chǎn)生的土骨架應(yīng)力，是控制土骨架的強(qiáng)度和變形的應(yīng)力。為了驗(yàn)證非飽和土的有效應(yīng)力方程，重新設(shè)計(jì)研制了非飽和土三軸試驗(yàn)儀、非飽和土土水特征曲線和導(dǎo)水系數(shù)聯(lián)合測(cè)定儀、改制了高壓固結(jié)儀、搭建了環(huán)刀土樣干燥收縮試驗(yàn)裝置。開展了硅微粉、桂平粘土、高嶺土、尾礦砂與高嶺土的混合土的土水特征曲線、導(dǎo)水系數(shù)、直接剪切和三軸壓縮試驗(yàn)，同時(shí)引用他人的非飽和土抗剪強(qiáng)度和變形試驗(yàn)結(jié)果，通過對(duì)試驗(yàn)資料進(jìn)行重新分析，證明了無論在飽和還是非飽和條件下，當(dāng)孔隙流體壓強(qiáng)作用對(duì)土的抗剪強(qiáng)度和變形的影響可以忽略時(shí)，土的有效應(yīng)力是決定其強(qiáng)度和變形的應(yīng)力。此外還開展了非飽和土導(dǎo)水系數(shù)的研究。 本研究明確了有效應(yīng)力的物理意義，確立了土力學(xué)和孔隙介質(zhì)力學(xué)的統(tǒng)一的有效應(yīng)力方程，修正和完善了有效應(yīng)力原理。鑒于有效應(yīng)力對(duì)土力學(xué)和巖土工程的重要性，研究成果對(duì)土力學(xué)和巖土工程學(xué)科的發(fā)展具有重要意義。將有助于建立飽和與非飽和土統(tǒng)一的土力學(xué)理論體系，對(duì)于解決非飽和條件下的巖土工程問題具有理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在本項(xiàng)研究中出版英文專著1部、發(fā)表學(xué)術(shù)論文15篇、申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利7項(xiàng)（已授權(quán)2項(xiàng)）、國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)。參加與非飽和土相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議10次并做學(xué)術(shù)報(bào)告，承辦相關(guān)的學(xué)術(shù)研討會(huì)2次。邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名專家學(xué)術(shù)交流4次。結(jié)合本項(xiàng)目發(fā)展的土樣變形數(shù)字圖像測(cè)量方法和研制的非飽和土試驗(yàn)儀器，如非飽和土三軸試驗(yàn)儀、導(dǎo)水系數(shù)和土水特征曲線聯(lián)合測(cè)定儀、土樣干燥收縮試驗(yàn)裝置等均已經(jīng)實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，可以推廣應(yīng)用。 2100433B

應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法，分別把土骨架、孔隙水和孔隙氣作為獨(dú)立的研究對(duì)象。通過隔離體受力分析,分開考慮孔隙流體壓強(qiáng)和其它外力對(duì)土骨架的作用得到每一相的平衡微分方程。由此得到非飽和土的有效應(yīng)力方程，證明了有效應(yīng)力就是不包含孔隙流體壓強(qiáng)的所有其它外力作用產(chǎn)生的土骨架應(yīng)力。飽和土與非飽和土的有效應(yīng)力是統(tǒng)一的。它與Vanapalli和Fredlund根據(jù)試驗(yàn)提出的非飽和土抗剪強(qiáng)度公式中的應(yīng)力表達(dá)式相同，說明非飽和土的抗剪強(qiáng)度取決于有效應(yīng)力。為了驗(yàn)證非飽和土的變形也取決于有效應(yīng)力，申請(qǐng)者研發(fā)了測(cè)試儀器，擬開展非飽和粘土的開裂試驗(yàn)、側(cè)限壓縮和三軸試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果或與飽和土試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證有效應(yīng)力方程的適用性。其中三軸試驗(yàn)采用土樣變形數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)，并將土樣變形和含水量分布的數(shù)值模擬與試驗(yàn)測(cè)量結(jié)合起來。. 提出并驗(yàn)證非飽和土的有效應(yīng)力方程，對(duì)建立非飽和土力學(xué)理論體系，對(duì)土力學(xué)學(xué)科發(fā)展有重要意義。.

土體中含有氣體使非飽和土的性質(zhì)遠(yuǎn)比兩相的飽和土復(fù)雜，飽和土的某些原理對(duì)非飽和土不再適用，或者需要重新論證。弄清非飽和土的基本性狀和工程性狀及其主要影響因素，在此感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行性質(zhì)抽象和關(guān)系抽象，建立非飽和土研究的基本思路，探索在工程中考慮這些性狀的本構(gòu)關(guān)系和定性的、定量的分析方法，提出合理的計(jì)算公式，選擇合適的特性參數(shù)試驗(yàn)方法（尤其是吸力的量測(cè)技術(shù)），確定各特性參數(shù)量值的范圍，并將分析結(jié)果在實(shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證和修正等：這些就是非飽和土力學(xué)研究的主要任務(wù)。

非飽和土體中存在著大小和形狀多變的孔道體系，當(dāng)水分很少時(shí)，水分只能占據(jù)細(xì)的“狹頸”孔道，且互不連續(xù)，這時(shí)氣相與外界大氣連通（平衡）。這種狀態(tài)在俞陳劃分法中稱為“氣開敞”。另一種與此相反，當(dāng)土中的水分很多時(shí)，液相不僅占據(jù)了全部小孔道，而且也占據(jù)了大孔道，氣相被液體分割包圍，形成弧立氣泡懸浮于液體中，氣相完全被封閉，與大氣不能連通，固液氣三相的界面現(xiàn)象消失，這時(shí)，非飽和土與飽和土的性狀差別主要在于前者孔隙中的液體是可壓縮的，而后者孔隙中的液體不可壓縮，此即為氣相的“完全封閉狀態(tài)”。上述兩種情況比較極端，也比較簡(jiǎn)單，介于上述兩階段之間的形態(tài)，則要復(fù)雜得多。對(duì)此，有不同的劃分法，三階段劃分法將其稱為“雙開敞”階段，即氣相和液相均向大氣開敞的意思，但這樣劃分似乎過于簡(jiǎn)單化了。事實(shí)上，“雙開敞”的形態(tài)是一個(gè)很不穩(wěn)定的階段。當(dāng)水分從“氣相完全連通形態(tài)”增大時(shí)，土體中的部分不連續(xù)水相可以逐步地接續(xù)起來，并與外界相通。但這種情況只是部分發(fā)生，其余部分仍保留著氣相與外界（大氣）連通的狀況。在這一階段，土體受壓后的變形將是相當(dāng)迅速的。這階段在“四形態(tài)的劃分”中稱之為“氣相的部分連通形態(tài)”。當(dāng)土中的水分繼續(xù)增多時(shí)，不連續(xù)水的接續(xù)現(xiàn)象會(huì)繼續(xù)發(fā)展和漫延，由于毛細(xì)水的遷移，在土體的表部首先將會(huì)形成連續(xù)的水膜，從而把氣相與大氣暫時(shí)隔離開來。這時(shí)，氣相僅在土體內(nèi)部存在連通現(xiàn)象，它在四形態(tài)劃分中稱為“氣相的內(nèi)部連通形態(tài)”。研究表明，非飽和土處于“內(nèi)部連通”與處于“部分連通”時(shí)的性狀將有顯著的不同。在上述四種形態(tài)中，不言而喻，部分連通與內(nèi)部連通兩種形態(tài)將是非飽和土力學(xué)的主要研究對(duì)象。因?yàn)閷?duì)于完全連通狀態(tài)，可以看作“干土”，問題比較簡(jiǎn)單；而對(duì)于完全封閉形態(tài)，則可將它簡(jiǎn)化為內(nèi)部充滿可壓縮流體的飽和土，許多飽和土的成果可以延伸和利用，故不是非飽和土研究的重點(diǎn)。

土體有效應(yīng)力是土體內(nèi)由土骨架(土:粒)承擔(dān)或傳遞的應(yīng)力。又稱粒間應(yīng)力，土體有效應(yīng)力為土單位面積。當(dāng)土體承受力系時(shí)，作用于任意平面上的總應(yīng)力等于土顆粒骨架之間的有效應(yīng)力與土體孔隙中流體所承受的孔隙壓力之和。

開展非飽和土全應(yīng)力路徑試驗(yàn)、可測(cè)試非飽和土滲透系數(shù)、基質(zhì)吸力、各類強(qiáng)度參數(shù)等。軸壓7KN，圍巖1MPa.。