饱和—非饱和

饱和—非饱和（精选十篇）

饱和—非饱和 篇1

饱和-非饱和带地下水流是一个随时间变化的三维流问题, 由于介质的不均匀性和边界的不规则性, 用解析方法分析地下水流系统受到很大限制。数值技术已经广泛地应用于饱和、非饱和地下水流系统分析[1,2]。完整的三维饱和-非饱和地下水流和溶质运移模型给出了三维问题最适当的描述 (如Panday等) , 但完全的三维流饱和-非饱和问题的数值分析由于耗费巨大的计算工作量和解的不稳定性而受到限制。稳定性问题通常发生在非饱和带高度非线性的三维Richards方程的解[3,4]。因此, 三维地下水流常常根据场地实际情况简化为准二维流或准三维流。Pikul等发展了饱和-非饱和带中准二维水流模型[5], 这个模型是通过偶合非饱和带的一维垂向Richards方程和潜水含水层水平一维Boussinesq方程。Kool等发展的准三维地下水流和溶质运移模型是基于非饱和带中一维垂向入渗和溶质运移与饱和带三维地下水流和溶质运移[6]。然而, 这个模型只考虑饱和、非饱和带中地下水的稳定流。本文提出的饱和-非饱和水流模型是基于非饱和带为一维垂向流, 而饱和带是二维水平流的假设。非饱和带水分在重力作用下以垂向运动为主、饱和带水流在排水沟渠网作用下以侧向水平流为主的地区, 或者当模拟区域面积较大, 非饱和带厚度相对较薄的情况下, 这一假设是适合的。对于多层地下水流系统, 水流在半隔水层中作一维垂向运动, 在含水层中作二维水平运动, 也适合于这一假设[7]。

1 饱和-非饱和带地下水运动模型

非饱和带垂向一维流方程由 Richard方程描述为:

$\frac{\partial \theta }{\partial t}=\frac{\partial }{\partial z}\left[D(\theta )\frac{\partial \theta }{\partial z}\right]-\frac{\partial {\rm K}(\theta )}{\partial z}(1)$

这里, θ 是体积含水量;K (θ) 是渗透系数 (LT-1) ; D (θ) 是水分扩散系数 (L2T-1) ;t是时间 (T) ;z是相对于基底的高度 (L) 。 非饱和带的边界条件可描述为:

$\begin{array}{l}-D(\theta )\frac{\partial \theta }{\partial z}+{\rm K}(\theta )|{}_{z=z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}}=q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}(2)\\ \theta |{}_{z={\rm H}}=\theta {}_s(3)\end{array}$

这里, zsur和H分别是地面和地下水位相对于基底的高度 (L) ;qsur是地表水流补给强度 (LT-1) ;θs是土壤饱和含水量。方程 (1) ～ (3) 是关于含水量θ的非线性模型 (简称θ-模型) , 其中, θ是关于水位H、垂向位置z和时间t的函数。

非承压含水层二维地下水流连续性方程为:

$S{}_y\frac{\partial {\rm H}}{\partial t}={\rm K}\frac{\partial }{\partial x}(h\frac{\partial {\rm H}}{\partial x})+{\rm K}\frac{\partial }{\partial y}(h\frac{\partial {\rm H}}{\partial y})+q{}_{{\rm H}}(4)$

这里, K是渗透系数 (LT-1) ;H=zb+h是地下水水位 (L) , zb是基底高度, h是饱水带厚度 (L) ;Sy是给水度 (无量纲) ;x, y是水平二维方向坐标 (L) ;qh是地下水位处饱和带与非饱和带垂向水流交换通量 (LT-1) 。由方程 (1) 两边积分得到:

$q{}_{{\rm H}}=q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\displaystyle \underset{{\rm H}}{\overset{z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}}{\int }}\frac{\partial \theta }{\partial t}}\text{d}z(5)$

上式右边第二项由非饱和带水流方程 (1) ～ (3) 的解来确定。当饱和带接受来自非饱和带的补给, qH为正, 否则为负。方程 (4) 与其相应的初、边值条件结合, 是关于水位H的定解问题, 简称H-模型。

2 饱和-非饱和水流数值模型双层迭代方法

研究表明, θ-模型在给定地下水位 (H) 情况下, 以及H-模型在给定水流交换通量 (qH) 情况下, 都能够应用有限单元法 (FEM) 结合Picard或Newton迭代法求解[8,9,10]。然而, 对于上述饱和-非饱和带水流模型, 由于θ-模型包含变量H;H-模型包含变量θ, 这里, 引入Taylor级数近似θ与H关系, 并联立求解方程 (1) ～ (5) 。

由方程 (5) 得到

$\begin{array}{l}q{}_{{\rm H}}=q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\displaystyle \underset{{\rm H}}{\overset{z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}}{\int }}\frac{\partial \theta }{\partial t}}\text{d}z=q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-\frac{\partial [(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H})\overline{\theta }]}{\partial t}\\ =q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H})\frac{\partial \overline{\theta }}{\partial t}(6)\end{array}$

这里, $\overline{\theta }$是在非饱和带垂向[zsur, H]内的平均含水量, 它与水位H和时间t是隐含的数值关系, 即$\overline{\theta }=\overline{\theta }({\rm H},t)$。在一定的时段t, 平均含水量$\overline{\theta }=\overline{\theta }({\rm H},t)$关于变量H的一阶Taylor级数为

$\overline{\theta }({\rm H}{}_{k+1},t)=\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)+\text{Δ}{\rm H}\frac{\partial \overline{\theta }}{\partial {\rm H}}(7)$

这里, k是迭代次数, 对于k=0, H0=H (k, t) 是t时段初始水位, 相应的$\overline{\theta }{}_0=\overline{\theta }({\rm H}{}_0,t)$是t时段初始含水量平均值, 它们都是已知的迭代初值。将 (7) 式代入 (6) 式得到第k次迭代qH表达式:

$\begin{array}{l}q{}_{{\rm H}}=q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H}{}_{k+1})\\ \left[\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)}{\partial t}+\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H},t)}{\partial {\rm H}}\frac{\partial {\rm H}{}_{k+1}}{\partial t}\right](8)\end{array}$

这里:

$\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)}{\partial t}\approx \frac{\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t+\text{Δ}t)-\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)}{\text{Δ}t}(9)$

是在H=Hk时, 由θ-模型计算t+Δt时间平均含水量$\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t+\text{Δ}t)$后获得的;

$\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H},t+\text{Δ}t)}{\partial {\rm H}}\approx \frac{\overline{\theta }({\rm H}{}_k+\delta ,t+\text{Δ}t)-\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t+\text{Δ}t)}{\delta }(10)$

是在 (9) 式计算$\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t+\text{Δ}t)$基础上, 再次利用θ-模型计算水位增量为δ时的$\overline{\theta }({\rm H}{}_k+\delta ,t+\text{Δ}t)$后得到的。为了提高精度, 当饱和-非饱和带接受补给时, δ取正值, 否则, δ取负值。

将 (8) 式代入到方程 (4) 得

$\begin{array}{l}[S{}_y+(z{}_s-{\rm H}{}_{k+1}^{})\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H},t+\text{Δ}t)}{\partial {\rm H}}]\frac{\partial {\rm H}{}_{k+1}}{\partial t}\\ ={\rm K}\frac{\partial }{\partial x}(h{}_{k+1}^{}\frac{\partial {\rm H}{}_{k+1}}{\partial x})+{\rm K}\frac{\partial }{\partial y}(h{}_{k+1}^{}\frac{\partial {\rm H}{}_{k+1}}{\partial y})+\\ q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-(z{}_s-{\rm H}{}_{k+1}^{})\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)}{\partial t}(11)\end{array}$

这里, Hk+1是待求变量;hk+1=Hk+1-zb是饱水带厚度。将FEM结合Picard迭代求解方程 (11) 得到第k次迭代的水位Hk+1。由于Hk+1是垂向平均含水量$\overline{\theta }$关于水位H的线性近似展开式基础上得到的, 为此, 令Hk= Hk+1、k=k+1, 在新的水位下重新展开 (7) 式, 并代入到方程 (8) 、 (9) 、 (10) , 得到新的$\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H}{}_k,t)}{\partial t}$和$\frac{\partial \overline{\theta }({\rm H},t+\text{Δ}t)}{\partial {\rm H}}$, 代入到 (11) 后计算新的Hk+1, 直到

$\left|(\overline{{\rm H}}{}_{k+1}-\overline{{\rm H}}{}_k)/\overline{{\rm H}}{}_k\right|\le \epsilon$

则第t时段末含水量θt+Δt=θ (Hk, z, t+Δt) 、平均含水量$\overline{\theta }{}^{t+\text{Δ}t}=\overline{\theta }({\rm H}{}_k,t+\text{Δ}t)$和地下水位Ht+Δt=Hk+1。进入下一时段, 即 t=t+Δt时段的计算。这里, $\overline{{\rm H}}$是模拟区域内平均地下水位;ε是误差控制常量。综上所述, 饱和-非饱和带地下水流模型计算过程可以概括为二个层次的循环迭代, 第一个层次为θ-模型和H-模型的迭代求解;第二个层次是运用上一层次的水位解, 由Taylor级数逐步逼近平均含水量和水面处的水流通量。

在θ-模型中, 含水量初始条件是随水位升降而变化的。当水位从Hk下降到Hk+1时, 原来处于饱和带的 (Hk+1, Hk) 段变为非饱和带, 则t时段初始含水量平均值为

$\begin{array}{l}\overline{\theta }({\rm H}{}_{k+1},t)=[{\displaystyle \underset{{\rm H}{}_k}{\overset{z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}}{\int }}\theta }({\rm H}{}_k,z,t)dz+\\ ({\rm H}{}_k-{\rm H}{}_{k+1})\theta {}_s]/(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H}{}_{k+1})\end{array}$

同理, 当水位从 Hk上升到 Hk+1时, 初始含水量平均值为

$\overline{\theta }({\rm H}{}_{k+1},t)={\displaystyle \underset{{\rm H}{}_{{\rm K}+1}}{\overset{z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}}{\int }}\theta }({\rm H}{}_k,z,t)dz/(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H}{}_{k+1})$

在方程 (1) 右边第二项, 令$\frac{\partial {\rm K}}{\partial z}=u\frac{\partial \theta }{\partial z}$, 其中$u=\frac{\partial {\rm K}}{\partial \theta }$可视为对流速度[11], 则Richard方程与溶质迁移方程有相似的表达式, 他们都包含扩散 (弥散) 和对流项。为了消除对流项所产生的数值弥散, 本文采用欧拉-拉格朗日法求解Richard方程[12,13,14]。

3 模拟算例

设计算例东西长1000m、南北宽29m, 东西两边为一类边界条件, 地下水位分别为9m和6m, 南北为隔水边界。饱和带水动力学参数Kxx=Kyy=1.70 (m/d) 、Sy=0.2;非饱和带水动力学参数K (θ) =0.01 (θ/θs) 2.5、D (θ) =0.15 (θ/θs) 3.0、饱和含水量θs=0.7。初始地下水面和地表的坡度一致, 都等于0.3%。平面上, 将模拟区域划分成为101ⅹ30=3030个节点, 5800个三角形单元。平面x和y方向的空间间距Δx=Δy=10m。垂向上, 将非饱和带厚度 (zsur-H) 被划分成20个单元, 21个节点, 其单元长度Δz= (zsur-H) /20, 它随地下水位升降而变化。模拟时间步长为3d, 共计模拟3ⅹ30=90d。在1～15和31～45d, qsur=-0.01 (m/d) ;在16～30和45d以后, qsur=0.01 (m/d) 。模拟区域内有三口抽水井, 分别位于156、176、1515号节点, 抽水量为50m3/d。

3.1 水量计算精度分析

为了考察模型计算结果的可行性, 将算例所获得的饱和、非饱和带水量数据与设计的输入、输出值进行比较。在某一时段内饱和-非饱和系统输入 (出) 为

${\rm I}=(A\times q{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-Q{}_{\text{w}\text{e}\text{l}\text{l}}+Q{}_{\Gamma {}_1})\times \text{Δ}t$

其中, A是模拟区域面积;Qwell、QΓ1分别是抽水量和从一类边界的补给 (排泄) 量。每一个时段内, 数值模拟计算的系统输入 (出) 为每一个单元饱和、非饱和带水量变化之和为

${\rm I}{}_{\text{c}\text{a}\text{l}}={\displaystyle \sum _{i=1}^{{\rm N}}[}a{}_i(z{}_{\text{s}\text{u}\text{r}}-{\rm H}){}_i\text{Δ}\theta {}_i+S{}_e\text{Δ}{\rm H}{}_i]$

这里, N是单元总数;ai是单元i的面积;Δθ和ΔH分别是时段末与时段初的单元含水量和水位的差值。上式右边第一项和第二项分别是非饱和带和饱和带计算的输入 (出) 水量。

图1分别是在每一个时段, 饱和-非饱和带、非饱和带和饱和带输入 (出) 水量 (正值为输入、负值为输出) 的设计值和计算值比较。图1表明, 本模型所计算的水量平衡值与设计值十分接近, 不管是对饱和-非饱和带, 还是分别对饱和、非饱和带, 输入 (出) 水量设计值与计算值的相对误差都在6%之内。在地表补给 (或排泄) 发生时 (如第15d、30d和45d) , 不论是饱和-非饱和带、还是非饱和带和饱和带的水量都迅速增加 (或减少) 。此后三者有不同的表现, 饱和-非饱和带水量逐步趋于稳定, 反映一类边界条件对系统水量的调节作用;非饱和带厚度因水位上升 (下降) 而减少 (增加) , 水量逐步减少 (增加) ;饱和带水量则因水位上升 (下降) 而逐步增加 (减少) 。

3.2 含水量与地下水位变化

从图1分析可知, 尽管系统受到补给 (排泄) 时, 含水量和地下水位都迅速增加 (减少) , 但含水量对地表补给 (排泄) 的响应幅度较地下水位大。图2是模拟域内y=15m线上水位和平均含水量随距离的变化, 该图也明显反映出地下水位变化滞后于含水量变化的特点, 如在45d后, 由于降雨补给, 非饱和带含水量迅速增加, 但地下水位在45到60d内只有较小变化。图2还表明, 从上游到下游水位下降, 并以抽水节点为中心保持斜对称分布;含水量基本上以抽水点为中心保持对称分布。

再利用图3进一步分析模拟域内上、中、下游3个典型节点75、1515和2985上非饱和带含水量分布剖面随时间变化, 其中1515是位于抽水井上。在1～15、16～30和31～45d, 该饱和-非饱和带分别处于补水、排水和补水阶段, 节点上含水量也分别呈现为减少、增加, 再减少的状态;在45d以后, 系统一直处于补给状态, 含水量持续增加, 90d后, 在75和2985号节点基本被水饱和, 1515号节点由于开采水量, 地下水位下降很大, 含水量恢复时间较常。在该节点上的非饱和带, 由于上有降水补给、下有饱和带支撑, 含水量呈现上、下高, 中间低的分布状况。

4 结语

本文所提出的饱和-非饱和带水流模型及其求解方法能够较好地描述饱和、非饱和带水分运动, 与以水头 (压) 为变量的饱和-非饱和水流模型比较, 本模型能够更直观地描述饱和、非饱和带水量平衡, 而不需要转换水头 (压) 来计算非饱和带的水量。从算例计算结果分析, 该模型在水量计算方面有很高的精度。从计算方面看, 无论是Picard迭代, 还是Taylor级数近似, 两个层次的迭代都能够较快地收敛。以本算例为例, 当所有迭代相对误差都控制在10-4, Picard迭代一般经过2～7次达到收敛解;一阶Taylor级数逐步逼近一般经过2～4次达到收敛解。从计算方法看, 在水分运动计算中, 采用欧拉-拉格朗日法计算非饱和带水分运动, 不但有效避免了K (θ) 的数值弥散, 而且, 该解法与溶质运移方程的求解方法是相同的, 这也为联立求解饱和-非饱和带水流和溶质运移模型提供了方便。

摘要：为了避免求解高度非线性的三维饱和-非饱和水流方程, 本文假设在非饱和带和饱和带中地下水流分别由一维垂向流模型 (θ-模型) 和二维水平流模型 (H-模型) 描述。在地下水面的水流通量 (qH) 是连接θ-模型和H-模型的边界条件。通过将垂向平均含水量-θ (H, t) 展开成以H为变量的一阶Taylor级数, qH可表示作为水位 (H) 的函数。一个双层迭代方案被用于求解饱和-非饱和水流模型, 它包括应用有限单元法结合Picard迭代求解非线性的θ-模型、H-模型和应用Taylor级数逐步逼近非线性函数-θ (H, t) 的两个迭代过程。算例结果表明:在模型功能方面, 该方法实用性强, 能够很好地描述饱和、非饱和带水量平衡, 较好地反映含水量与地下水位的变化;在计算技术方面, 方法思路清晰, 求解过程易于程序实现, 且两个层次的迭代都具有较快的收敛性。

缓解心理饱和 篇2

我了解到小芸进入初三后，只有考上重点高中一个目标。她为了实现这个目标，不再参与其他活动，只是机械地重复大量的练习，由于活动单一，所以学习效率低下。无独有偶，前几周我去一所学校听课，正听到一位老师对一个学生大发雷霆：“你怎么回事?最后一题怎么老出错?这一次就是太粗心了，本来你算式是对的，可结果还是错了。”学生看着作业本，回答道“我也不知怎么搞的。”“你看看前面20几道题都对了，最后一题比前面的还要容易却错了。”其实这都是由于人们长时间地重复某活动而达到一定极限时，产生了厌倦感，导致了心理饱和。做一切与情绪有关的工作都可能产生心理饱和现象，学习也如此。心理饱和是当人的心理承受能力达到了不能再承受的程度时，人们便会对所做的事产生极大的厌烦，从而导致效率低下的一种心理现象。长时间地做同一种事情，效率自然会降低，因此心理饱和现象的影响多为负面的，特别是它的产生会给人带来很大的精神压力。

要现象，第一是要保证充足的睡眠。充足的睡眠是使大脑保持良好学习状态的必要条件。因剥夺睡眠而得来的学习虽有一时之效，却使大脑过度疲劳，会产生对学习的厌倦感，导致心理饱和。第二是在复习阶段应学会合理地安排各种任务，根据学科特点和自己的身心状况不断变化学习方式和学习内容，避免重复性学习时间过长带来的心理饱和。长时间学习一种内容最容易疲倦，最好是没等疲劳就换一种学习内容，因为变换学习对象也是一种休息。学习内容可以跨科变换，也可以同科变换如学外语时听说读写交替进行。第三是缩短单项学习活动的时间，每一科目的学习时间也不要过长，如果自己感到疲倦了，最好马上休息。在学习中途也应多增加几次休息，一般来说一小时内应有一次约10分钟左右的休息时间。第四如你确实出现心理饱和，不妨先放下学习，活动一下身体或远眺片刻，或与别人说说话，分散一下紧张的情绪，这样就可以减轻心理饱和带来的精神压力。

当然最重要的还是要减轻学生过重的学习负担，让他们有充分的时间来调节紧张的学习。另外，学校应开展丰富多彩的文体活动，以避免学生学习的单调性。学生自己也不要在书桌上摆太多的书，这种看似方便的做法，实际上会给人一种泰山压顶的感觉，很容易导致心理饱和。

非饱和黄土变形模量的研究 篇3

【摘要】在非饱和土力学中，应力理论和强度理论是非饱和土力学变形与稳定性分析理论及计算方法中的重要基础。非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段，主要原因在于吸力量测的困难。鉴于此，提出了用等效吸力代替真实吸力的试验方法并进行了验证。

【关键词】非饱和土；等效吸力；三轴试验；变形等效お

Research on Modulus of Deformation of Unsaturated Loess

Tian Tian，Liu Lan—lan

（1.Changchun College of ArchitectureChangchunJilin130000；

2.Construction Engineering， Jilin UniversityChangchunJilin130000）

【Abstract】Until now the research activities in the field of unsaturated soils have been still in the academic stage. The key point of troubles is the measurement of suction. To avoid the difficulties in the determination of soil suction，the so—called equivalent suction has been advanced recently.

【Key words】Unsaturated soils；Equivalent suction；Triaxial compression tests；Equivalence of deformationお

1. 前言

（1）非饱和土力学的发展是围绕吸力这一基本概念而开展的。 [1～3]众所周知，吸力的量测十分困难，一组控制吸力的三轴试验，往往需要几个月的时间。理论是为工程实践服务的，非饱和土的实用较为合理的实际做法应该是选择合适的物理量以避免吸力的量测和计算的困难，达到工程服务的目的。在工程实践中，含水率这一物理量是非常容易确定的，如钻孔取样，简单的室内试验即可确定。在非饱和土计算模型中引入含水率，虽然需要一些补充假定，建立的也是经验公式，但非常直观，易于接受，作为一种近似而实用的处理方法值得深入研究和进一步发展。

（2）从非饱和土理论实用化的观点出发，本文选择含水量（饱和度）作为物理量来研究水分对强度和变形的影响。为了既能避免吸力量测的困难，又避免不考虑吸力而对非饱和土强度特性产生的影响。由两组曲线（即非饱和黄土在 σ3=const条件下以及不同 σ3下饱和黄土的应力应变关系曲线）在相同 σ1—σ3 下产生同一ε1 — 的等效原则确定某一 S璻相当的 σ3即为 S【3】，寻求饱和度S璻 与等效吸力 S之间的变化规律，并求取参数。

表1 黄土的主要物理力学指标

比重G璖含水ち縒 （%）干密度 ρ （g/cm3 ）液限W1 （%）塑限W璸 （%）塑性 指数 I璓孔隙 比e颗粒组成（%）>0.05ぃ╩m）0.05～0.005ぃ╩m）<0.005ぃ╩m）

2.7119.811.17330.920.510.51.026.561.432.1

2. 试验部分

2.1试验土物理性质：

取原状黄土进行试验研究，试验黄土取自陕

西杨凌高新中学对面的某工程基坑，取土深度为现地面以下2～3.5米，为 Q3黄土，土样上有肉眼可见的大孔隙。主要物理指标如下（见表1）：

2.2试验方案：

根据试验规程制成多个三轴原状试样，采用滴定法及水膜转移法将制成的试样配置成含水量为5%、10%，15%，20%、25%及通过抽气饱和法制定充分饱和的多组三轴试样。试验在应变控制式常规三轴仪上进行，采用固结排水（CD）法，剪切速率0.0550mm/min ，围压控制为50KPa 、100KPa 、200KPa 、400KPa，试样在各级围压下的破坏强度取峰值强度或应力应变曲线上15%应变所对应的强度，分别测定每一含水率下原状试样应力应变关系。

图1（a～e）原状黄土的应力应变关系

3. 试验结果及分析

3.1试验结果：

比较相同围压不同含水量的原状黄土的应力应变关系曲线，可以看到随着含水量增大，发生相同的变形量，含水量低时所对应的轴向应力大，同时变形速率也在增大。说明含水量和围压对非饱和黄土的强度有明显的影响，可以使土体的结构性发生软化，增湿溶解了部分胶质和盐基，同时使吸力连结丧失。

3.2从图1（a—e）中，得到不同饱和度的原状黄土产生同一变形ζ1，ζ2，ζ3，ζ4， 时，饱和度S璻与σ1—σ3 的关系曲线以及饱和原状黄土σ1—σ3～ σ3 关系曲线。由上述两组曲线，即非饱和黄土在σ3=const条件下以及不同 σ3下饱和黄土的应力应变关系曲线，在相同σ1—σ3下产生同一ε1 —的等效原则确定某一S璻 相当的σ3 即等效吸力S 。

图2

图3不同围压下原状黄土 ～ 关系曲线

图4吸力归一化曲线

3.3将曲线归一化后应用商业软件Origin对该曲线进行非线性拟合，得到吸力同饱和度以及围压的关系：

由等效吸力与围压及饱和度的关系曲线可以看出， 等效吸力随着围压的增大逐渐减小，曲线比较平缓，说明土体的应力状态对土体中的等效吸力有很大的影响；而原状黄土的等效吸力与饱和度（含水量）的曲线所反映的特点为上陡下缓，说明土体含水量越低时，较小的含水量的增大，可引起土体中较大的吸力降低，土体的含水量越大时，含水量的较大增加只会引起土体较小的吸力降低。

S—S璻=a×exp（—[S璻—（│要3pa）琻]+bc）（3）

即：S—=[a×exp（—[S璻—（│要3pa）琻]+bc）]×S璻（4）

3.4试（3）（4）中 均a，b，c，n为试验常数，本次试 验结果分别为68.1，0.73，10.89，1.8。

不同围压下原状黄土 S—～ S璻关系曲线见图3。

吸力归一化曲线见图4

图5（a～d） 吸力公式验证

4. 验证

本文所提供的根据变形等效的原则确定吸力的方法，与传统的进行非饱和土进行吸力的量测试验相比较简单，方便，并与试验结果较吻合。但在低围压（ σ3=50KPa）时计算结果与试

验值还是存在一定偏差。

（a～d） 吸力公式验证见图5。

5. 变形模量的研究

Duncan—Chang模型是典型的 E～μ 型模型。它以常规三轴的固结排水试验（CD试验）得到 （σ1—σ3 ）～ ε1曲线和 ε璿～ ε1曲线为确定 E璽和 μ璽的基础。但是当σ3=0 时，E璽=0 ，这并不符合实际情况。同时为了考虑非饱和黄土吸力对变形模量的影响，将等效吸力引入变形模量的计算中，对模型进行修正，即：

E''璱 =KPa（σ3+f﹕r猵a） （5）

将式（4）代入式（5）中就可以得到饱和度与变形模量之间的关系：

E''璱 =KPa（σ3+[a×exp（—[S璻—（│要3pa）琻]+bc）]×S璻

Pa）

在实际工程中，含水量的数值非常容易得到，钻孔取样后通过简单的室内试验便可确定。因此上式的运用是非常方便的，由土层含水量分布就可方便地确定强度，避免了吸力的直接量测和计算困难。非饱和黄土随着饱和度的增加，其强度降低，且饱和度与呈非线性关系。这种非线性关系反映了黄土由于环境变化而表现为强度变化的特征。非饱和黄土的等效吸力强度与饱和度间非线性关系的建立，简化了非饱和土黄土的试验方法，便于非饱和黄土理论在工程实践中的应用。非饱和黄土饱和度与变形模量之间确实有指数函数关系，这为非饱和土体抗剪强度的研究提供了数量上的依据，这一规律是否适用于其他土质尚待进一步研究证实。

6. 结论

（1）本文针对黄土的变形模量研究，建议了一种以变形等效为原则的等效吸力测试的新方法。

（2）本文所提供的等效吸力的测试方法只需通过两组常规的三轴试验就能确定。

参考文献

[1]沈珠江.广义吸力非饱和土的统一变形理论[J].岩土工程学报，1996，18（2）：1～9.

[2]沈珠江.非饱和土简化固结理论及其应用[J].水利水运工程学报，2003（4）：1～6.

饱和—非饱和 篇4

传媒集团重组后, 潜心谋划, 深度融合, 优化资源配置, 以改革创新谋篇布局。整合所预期的“集聚效应”和“倍增效应”得到释放, 整合当年, 集团总收入3.6亿元, 同比增长33.8%;2011年实现收入4.98亿元, 同比增长38%。上缴税金和员工收入都实现大幅增长。2012年元旦, 黑龙江省委书记吉炳轩视察大庆传媒集团, 欣喜地说:“在这里, 我看到了一种精神, 这支队伍嗷嗷叫。”

一、体制机制改革, 实施优胜劣汰

第一, 一个“考”字喝退多少庸才。“逢进必考”、“逢晋必考”, 是我们改革用人制度, 打造学习型团队的重要做法。“逢进必考”, 是指聘用新人先过文化、技术基础知识考试关。“逢晋必考”, 是指集团员工晋级必须大考。集团实行企业化管理, 对聘员制订了实习、试用、初级、助级、中级、高级几个层级, 每个层次待遇不同, 晋级不仅有时间硬杠, 而且必须经过考核。既对聘员的专业基础知识进行考试, 也对其工作业绩进行考核, 缺一不可, “双及格”才可升级。有的大学生试用两三年了, 就因为过不了考试关依然未签订正式聘用合同。

“考”的关键是公开、公平、公正、透明、阳光。每逢大考都在考试前一天半夜出题, 然后在纪检、监事会和经警的看护下统一印制试卷, 直接送到考场。出题参与者手机封存, 开考后才可回家。考试结束后立即封闭卷子、判卷打分, 并即时公布成绩。不给搞小动作者以时间, 不给走后门者以机会。

这项制度推出后, 也曾有各种杂音, 但我们咬定青山不放松, 始终坚持“高分有低能的, 但低分很少有高能的, 还是文化底蕴决定了企业能飞多高”这样一个理念。通过一遍遍的“双考”, 收到一茬茬淘汰“低能儿”的效果。“考”字还有两层意思:一是坚持常规学习不断线, “大广学堂”只有新生永远没有毕业生。二是要考时事政治, 这既是政治学习, 对新闻单位来说也是业务学习。

第二, 英雄不问出处。在干部使用上, 彻底抹除干部与工人, 正式与聘用的身份界限, 人不能分三六九等, 彻底打掉身份优越感。

“你能翻多大跟头, 我给你铺多大毯子。”选任干部打破惯例、不拘一格。看准的任用, 看不准的竞聘。2009年, 电视台在强化市场开发的调整中, 决定聘任3名正科级市场开发部主任, 对6名竞聘者一不看学历, 二不问身份, 三不重纸上谈兵, 就看谁敢扛指标。为了规避竞聘者志大才疏的风险, 竞聘者每人交押金20万元, 完成任务奖励20万元, 并步步设坎, 实行月考核, 季度完不成指标就一撸到底。结果3人咬紧牙关, 全部完成指标。

第三, 给探路者以舞台, 给创新者以机会。在海量节目的数字网络时代, 创办新节目是打“无把握之仗”。我们十分注重营造团队创新生态, 形成了一整套尊崇创新、宽容失败的创新文化。

为了鼓励创新和探索, 在实践中发现和考察人才, 我们提出了“谁主张、谁主办”的领办新节目原则, 实行“先搭台唱戏, 戏唱火封侯”。去年4月电视台改版新创办了五档节目, 其中四档都是由首倡的30岁左右的年轻业务骨干牵头干的。如半年内稳住收视指标, 就名正言顺地提职升级;如创办失败, 就要重新选聘。到去年底, 四位毛遂自荐的制片人有两人提职, 两人免掉, 回栏目继续当记者。

第四, 严格的节目优胜劣汰机制。我们买进了一组雕塑“赛尿”放在集团大楼一楼大厅, 旨在打造一种氛围, 张扬一种精神, 就是东北话:“看谁有尿!”

我们对所有节目测算并制定了严格的收视率、收听率指标和奖罚区间。在规定的时限内, 按投入成本进行奖罚, 超过时限不达标者, 坚决把节目停掉, “摘谁牌, 摘谁帽”。停办栏目组的成员, 全部进入集团人才中心学习, 半年内不许上岗, 3个月后工资递减, 无人选聘就待岗下岗。

第五, 让才华和贡献与薪酬相匹配。我们通过一整套激励机制, “不让岁月倦怠了进取心”。

一是推出了全岗位的“人才津贴制”。对采编、技术、主持人、后勤机关等尖子人才发放津贴, 每年评选一次。例如, 对播音员、主持人的特殊津贴分为20万元到1万元的五个等级, 已连续发放3年。今年共为各专业100多名人才发放500万元特殊津贴。

二是对干部凭实绩拿奖金。对媒体和经营单位班子成员实行年初签合同, 年底重奖罚。在五个承担广告创收任务的主要媒体实行高指标高风险高奖金的激励体系, 论功行赏, 论过行罚。2008年电视台广告创收跨越增长, 几位副台长每人获奖20万元, 2010年, 电视台、电台、晚报和电视报广告创收猛升, 班子成员都获重奖, 其中电视报班子主要成员获奖35万元。

三是奖优罚劣。建立一整套薪酬激励制度。不怕挣得多, 就怕没好活。首先, 个人考核不封顶;其次, 品牌栏目实行目标奖。今年7月《今晚60分》高出收视率几个点, 奖励几万元;第三, 设立董事长、党委书记、总编辑奖励基金。2010年7月24日, 广播电台主办的《魅力广播, 声动百湖》大型听众见面会为大庆首届文博会增添了靓丽的风景, 集团董事长嘉奖电台3万元。对失误从不“缓刑”, 常常一字罚千元。电视台一次转播失误, 几位责任者被罚5000元, 集团买了部立式座钟放在一楼电梯口, 上书“警钟长鸣”。

第六, 重金铺路打开世界眼光。眼界就是境界。只有身体走到前沿, 思路才能站到前沿。几年来, 我们在资金紧张的情况下, 每年都花费数百万元, 派各级干部和骨干外出学习, 国内走了几十家, 港台欧美没少去。走出市门、省门、国门“取经”, 既开阔了眼界, 吸取业界最新动态, 又可远离繁务, 止息杂念, 静虑思惟。

考察可以逛风景, 可以有张有弛, 但不能浮光掠影、走马观花。集团规定, 每次出去学习考察, 回来后都要交上学习心得, 人力资源处考核合格后, 在“学习考核表”上盖章, 财务才可以报销出差费。员工学习考察体会已结集成册。

第七, 敬老又用老。改革是权力和利益的重新调整。但我们始终坚持两条:一是改革治懒不治老, 二是“功臣给待遇, 能臣给位子”。让昔日有功者不寒心, 让今日有才者心气顺。这使得我们的改革虽然力度很大, 却并未“鸡飞狗跳”, 而是平稳和谐。

集团发展迅速, 人才储备严重不足。培养年轻人难解近忧, 我们便聘用才高八斗的退休老同志。张福宽原是省报的名记者, 退休后被聘为集团顾问并全权负责广播电视报《百湖周刊》。他领衔后, 电视报迅速崛起, 由2008年发行不到1万份, 创收200余万元, 发展到去年发行超10万份, 创收4500万元。原广电局副局长李国栋退休后被聘为集团纪录片部制片人, 他领导制作的《讲那创业年代的故事》、《铁骨柔肠王进喜》等大型纪录片, 受到大庆市委市政府多位领导高度评价和社会各界的好评。大庆市政法委原常务副书记王贵曾经是位才华横溢的老报人, 去年退休后被电视台聘为法制节目《贵哥说案》的制片人和主持人, 这档节目正日益赢得观众喜爱。

第八, 让员工爱得没商量。实施“家务劳动社会化”。新闻传媒工作是全天候日夜兼程, 从业女性较多。让员工从繁杂的家务劳动中解脱出来, 是对集团智力资源的充分开发和有效利用。我们一是不打折扣地执行员工带薪休假制度, 并尽可能地为员工提供考察学习的机会。二是建成了面点坊、豆腐坊、纯净水厂、平价超市, 员工持卡按补助定额免费领取。三是食堂推出一元钱早餐。四是在北京、三亚建立培训、疗养基地, 每周都有集团员工赴北京疗养, 赴海南度假。五是集团启动了建筑面积17万平方米的传媒大院——职工高档住宅区工程项目, 以低价卖给员工。

二、构筑创意产业, 壮大文化经济

我们深知, 广告收入就像树木生长一样, 虽然会无止无休, 但永远也长不到天上去。所以, 我们一方面调整广告结构, 另一方面把保增长放在另一只篮子里, 就是文化产业、多元产业, 以提高规避市场风险的能力。媒体有着得天独厚的政治资源和公信力、影响力资源, 有着令社会无可比拟、倍加羡慕的人才、信息等稀缺的优质产业资源。我们采取“依托优势, 优配资源, 小步快跑, 渐入佳境”的战略, 在传媒产业链的延伸、整合和深度开发上下功夫。

按照集团化整合资源, 市场化配置资源的产业发展思路, 用足用好优势资源, 整合聚集零散资源, 唤醒开放沉淀资源, 挖潜创新节目资源, 最大程度地利用好自身资源, 挖掘、延伸、拓展可利用资源, 形成竞争综合优势。通过创新思维, 用足用好用够用精每一份资源, 在传媒产业链深度开发上花力气。

第一, 依托人才、技术、设备市场优势, 打造传媒产业链。把我们最熟悉、最具优势的行业要素转化为产业元素, 投资4亿元兴建的百湖影视创意基地, 影视中心大楼和使用面积达3600多平方米的影视多功能厅已建成使用。影视基地采取边建设边经营的方式, 投拍两部电视剧、四部电影, 举办会展四期, 利润丰厚。数码印刷出版大厦、动漫创意大厦、艺术培训中心及相关配套系统将在今年全部收官。我们有志将该基地打造成为黑龙江乃至东北地区集影视、动漫、会展、印刷、节目研发、人才培养于一体的文化产业聚集地。整合报纸发行渠道和终端资源, 办起了物流公司;整合网络资源办起了新媒体公司;整合媒体视频、平面设计创意制作的资源开办了百湖影视创意岛等创收项目。

第二, 依托传媒得天独厚的影响力、公信力、策划力资源做好多元产业文章。实际上就是把传媒闲置的资源与产业捆绑, 形成比较优势。集团广告收入濒临天花板, 只有发展文化及多元产业, 才能保证健康发展。我们投资500万元购买了位于杜尔伯特蒙族自治区县胡吉吐莫镇北15公里处的阿木塔半岛25年的经营权, 计划投资4亿元, 将其打造成为我国东北区域差异最大化的以蒙古族文化内涵为核心的文化景区, 成为大庆旅游组合优势的重要一环。目前, 阿木塔蒙族风情城已被大庆市政府确立为市级战略项目。注册成立第酒频道娱乐文化有限公司, 今年已开始启动运营建筑面积7300平方米的“黎明河休闲水岸” (酒吧一条街) , 发挥策划和炒作优势, 将其打造成引领大庆时尚文化重要的阵地。新媒体组建了户外广告公司, 以及网上购物的“百湖商城”。

第三, 整合内容溢出产业元素, 变资源为资本。有些非时政类节目资源与企业按市场原则捆绑后, 会形成强势产业链条, 成为企业生长的沃土。在去年整合集团各媒体婚恋交友节目资源的基础上, 成立了百湖同庆文化有限公司, 重点经营婚庆、庆典项目, 实现婚庆、主持、庆典、演艺、摄影、摄像等产业链服务。继续整合采编资源和印刷资源, 与国家级出版社合作, 成立了出版发行公司, 多出书, 出好书;卖好书, 多卖书。2012年, 广播电台作为伴随性很强的媒体, 依托在出租业的巨大影响和市民信任度, 筹建出租车公司, 强势介入交通营运领域, 目前各项准备工作在紧锣密鼓地进行。直播频道晚上开辟了大时段的娱乐、体育赛事直播板块, 开展三打一、乒乓球、篮球、羽毛球、网球等活动, 活跃了大庆人的业余文化生活, 收视率很高, 影响相当大。我们提出将竞技活动节目化、娱乐化、模式化、产业化。我们成立了绝对至尊文化娱乐公司, 绝对至尊是各项赛事的栏目名称, 仅卖绝对至尊扑克就挣了几万元, 自己开发了各种礼品、纪念品、运动衫、茶具以及场地广告冠名等。

《百湖周刊》创刊时的2008年, 正值大庆刚提出“天然百湖之城”不久, “百湖之城”还未被广大市民接受, 还没从“油城”的定位中解脱出来, 于是用“百湖”冠名, 抢占了“天然百湖之城”的制高点, 打响了传媒集团“百湖”系列品牌塑造的第一枪。以后, 我们又创办了电视百湖频道、电台百湖之声、门户网站百湖网等, 叫响了“百湖”品牌。

饱和脂肪，难说好坏 篇5

脂肪到底是什么？

脂肪是一种复杂的生物大分子，在我们的身体中扮演着各种角色，包括负责储存热量或者是组成细胞膜，所以脂肪并不是一无是处，只不过现在富足的生活让我们体内的脂肪远远超过了我们所需的。一个脂肪分子是由3个脂肪酸和1个甘油分子构成，于是它被称作甘油三酯。脂肪酸有很多种形态，例如饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。

脂肪酸是一条碳原子和氢原子组成的长链。只不过，饱和脂肪酸的碳原子中间没有双键连接，表明其氢原子已经达到了最大数量，所以是“饱和”的。不饱和脂肪酸至少有一个双键。只含有饱和脂肪酸的甘油三酯被称作饱和脂肪，含有不饱和脂肪酸的甘油三酯则是不饱和脂肪。

为什么说饱和脂肪不健康？

一般认为，不饱和脂肪含量越多的油脂，对人体来说越健康。这与胆固醇有关系。当我们吃下的脂肪到了小肠，就会分解成脂肪酸和甘油，然后被肠壁吸收，再与体内的胆固醇和蛋白质结合形成脂蛋白，并进入到血液中。这样原本溶于水的脂肪和胆固醇（统称脂类）就可以在我们体内畅游了。

脂蛋白可以分为两类，即低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）。低密度脂蛋白中的胆固醇被称作“坏胆固醇”，因为它们会黏在我们的血管壁上形成斑块，导致血管狭窄和硬化，从而增加了血栓堵塞血管的风险。因为吃饱和脂肪会导致我们血液中的低密度脂蛋白增多，所以饱和脂肪被认为是不健康的脂肪。

吃低脂食物就能远离坏胆固醇吗？

虽然低密度脂蛋白中的胆固醇被称作“坏胆固醇”，但有的科学家指出，并不能一概而论，低密度脂蛋白可以再进一步细分好坏。美国加利福尼亚大学的罗纳德·克劳斯认为，低密度脂蛋白可以分为两种，一种是蓬松大颗的，一种是紧实小颗的。紧实小颗的低密度脂蛋白才与心脏病风险有关，而蓬松大颗的低密度脂蛋白则没什么危险性。这是因为，在随着血液“漂流”时，大颗的低密度脂蛋白能黏在细胞上被“清理”走，但紧实小颗的低密度脂蛋白很难黏在细胞上，所以会滞留在血液中，久而久之就会对健康造成危害。克劳斯还发现，吃低脂高碳水化合物食物，会增加我们血液中紧实小颗的低密度脂蛋白，而摄入过多饱和脂肪则没有什么影响。

当然，也有科学家认为，根据克劳斯的理论来修改膳食指南还有些为时过早，因为从目前看来，摄入过多饱和脂肪与心血管疾病的发病率还是有着紧密关系的。无数的研究都显示，摄入过多的饱和脂肪会导致血液中的低密度脂蛋白增加和血管硬化。所以，最保险的方法是既要控制饱和脂肪的摄入，也要控制碳水化合物的摄入。如果减少了脂肪的摄入量，却用碳水化合物来替代，有害的胆固醇并不会真正的减少。均衡的饮食才能带来健康，如果划分餐盘，那肉类不宜超过1/4，主食则不宜超过1/2。

肉和乳制品中的脂肪有区别吗？

虽然肉和牛奶以及乳制品都含有饱和脂肪，也就是我们认为的“不健康脂肪”，但是两者也有些差别。英国剑桥大学的一项研究发现，吃多了含大量饱和脂肪的肉类，会增加我们患心脏病的几率，但是从牛奶或者乳制品中摄取同等量的饱和脂肪，却会降低患心脏病的几率。如果将肉类中的饱和脂肪摄取量减少2%，并用乳制品中等量的饱和脂肪来替代，那心脏病发作的几率和脑卒中的几率会降低25%。

乳制品之间也有区别。例如，吃奶酪并不会提高低密度脂蛋白在血液中的浓度，但是吃黄油却会，即使从两者中摄入的饱和脂肪是一样多的。虽然还没有膳食指南建议大家从乳制品而非肉类、从奶酪而非黄油中摄入饱和脂肪，但是也许我们应该重新评估和分析饱和脂肪，而不是一概而论。

植物油脂好过动物油脂？

大体来说是对的，但是并不绝对。例如肉类、鸡蛋和乳制品中也含有不饱和脂肪，而植物油中也含有饱和脂肪。棕榈油、椰子油以及巧克力中的可可油，其饱和脂肪含量就高过了猪油和牛油。简而言之，不论是动物性还是植物性食物，都同时含有饱和脂肪和不饱和脂肪。如果细看，你可能会被植物油和动物油中的饱和脂肪含量吓到：

▲饱和脂肪含量最高的油脂是一种植物油——椰子油，饱和脂肪含量高达87%。

▲150克的牛奶巧克力中所含的饱和脂肪超过了你一整天饱和脂肪的摄入上限。

▲椰子中的饱和脂肪（30%）比碎羊肉中的饱和脂肪（10%）要多。

▲即使是最健康的橄榄油，其饱和脂肪含量（14%）也与人造黄油中的饱和脂肪含量（17%）差不多。

▲鸡蛋中的饱和脂肪含量不到3%。

▲猪油中的不饱和脂肪（56%）比饱和脂肪（39%）要多。

▲牛油中的饱和脂肪只占50%。

饱和—非饱和 篇6

关键词：高压氧,饱和,加压

用空气加压舱进行高压氧治疗时,传统的方法是在加压阶段让病人吸空气。实践中我们发现一些下肢严重感染并有严重水肿的病人在减压时出现局部疼痛加剧。但这种病人在用氧气加压舱治疗时这种现象不明显。其疼痛加剧可能是与加压阶段吸空气,体内饱和较多氮气,下肢循环障碍导致氮气脱饱和不畅有关。然后我们让病人在加压阶段吸氧气,结果疼痛不再加剧,并且疗效较好。为了证明方法Ⅱ是正确的,我们进行了气体出入人体的动力学分析。提出气体出入人体存在先进后出规律。一般物体相对某一空间的移动有3种运动方式:如果有两个门户则可一个门口进一个门口出,进行先进先出、后进后出的穿过式运动,如火车穿过隧道,车头先进先出,车尾后进后出。食物通过消化道也一样,先吃进的食物纤维先从肛门排出。如果只有1个门户则是进退运动,其运动规律是先进后出,后进先出。如进出电梯,先进入的人后出来。气体出入人体也一样。加压时,气体从上呼吸道进入肺,再溶解进入循环系统,流入全身各处,减压时,未被利用的气体又从全身各处回到循环系统,再回到呼吸系统,由上呼吸道排出体外。气体出入人体只有一个门户,所以先入的气体必然会后离开,后入的气体先离开人体,见图1。循环系统没出入口,其运动是属循环运动。气体出入人体的先进后出规律还与体内五类理论组织有关。氮气在五类组织半饱和或半脱饱和时间为:血液和淋巴5 min,腺体和神经灰质10 min,肌肉20min,脂肪40 min,肌腱和韧带75 min。根据以上计算,氮气在血液的完全饱和与完全脱饱和要30 min,而肌腱需要7.5 h。先进入的气体在体内时间长可达到慢组织如肌腱,减压时这些气体脱饱和较困难,因此会后出来,后进入的气体只能达到快组织会先出脱饱和,见图2。

因为加压阶段是高压氧治疗的初始阶段,根据气体的先进后出规律。加压阶段进入体内的气体会在体内停留较长的时间,因而可产生较大的效应量,即如果方法Ⅰ的PN2T较大,方法Ⅱ的PO2T较大就证明先进后出规律确实存在。为了证实气体先进后规律的存在,这一规律与压力、时间、气体饱和速度及其它规律的关系,本研究用五种理论组织对方法Ⅰ与方法Ⅱ的PO2T和PN2T进行计算与分析。

1 研究方法

气体随环境变化出入人体,环境一加压气体就入内,并在稳压阶段一定的时间内继续进入,直到气体完全饱和。气体饱和具有先快后慢规律,加压阶段是初始阶段,所以加压阶段气体饱和速度较快,稳压阶段气体饱和速度较慢。五类理论组织各自气体饱和的速度不同,对气压效应量的反应不同。为此计算两种操舱法、不同稳压压力和不同加压时间时五种理论组织的PN2T和PO2T。分组比较以了解气体饱和规律,速度、压力、加压时间,以及气体饱和规律与气压效应形成的关系。

1.1 分组

设计3种分组法:(1)按加压阶段吸入的气体介质分组:Ⅰ:加压阶段吸空气法,见图3;Ⅱ:加压阶段吸氧气,见图4。(2)按压力与加压时间分组:见表1。(3)按五类理论组织分组:针对气体饱和与脱饱和速度,按气体半饱和时间将人体的组织分为5种理论组织:即血液和淋巴5 min,腺体10 min,肌肉20min,脂肪40 min,肌腱75 min[1]。

分布各组相同的参数有:各组吸氧时间均为80min,为了便于计算,设吸入的空气为100%的氮气,设吸入的医用氧气为100%的氧气。稳压阶段均休息10 min,均是吸空气。效应量计量单位为PT=1min×1ATA,减压阶段的效应量省略不计。

1.2 计算公式

n=加压时间÷理论组织半饱和时间(min);

D(d)=[稳压压力(ATA)/2]×S×稳压时间(min);

A(a)=1/2×稳压压力(ATA)×加压时间(min);

F(f)=[稳压时间(min)×稳压压力(ATA)-D(d)]/稳压时间(min)×10

2 结果

从表5可见:(1)两种操舱法的变化区间十分明显,说明方法Ⅱ的PO2T明显大于方法Ⅰ,方法Ⅱ的PN2T明显大于方法Ⅰ。(2)两种操舱法的变化区间的大小是与组织气体饱和速度成正比,区间最大的是血液,其次是腺体和肌肉,说明气体饱和速度较快的组织容易受不同操舱法的影响。(3)A组与B组比较可见增加稳压压力对各组均有影响,即PO2T和PN2T均随压力升高而增加,B组与C组比较可见延长加压时间可使各组PN2T增加,但PO2T不随加压时间延长而增加,相反还有轻度缩小。

3 讨论

高压氧治疗是利用医用气体介质的高气压效应作用对疾病进行防治的医疗方法之一。其作用与气体介质有关,与高气压效应量有关。气体介质不同产生的作用不同,有些介质如氧气有保健、治病防病作用,而有些介质有害,另外有些介质,即惰性气体,如氮气,虽然无毒,但可增加机体的负担,过量会有副作用,在某些特殊情况下,发生气体脱饱和不畅时则可引发症状和疾病。高压氧治疗的目的是希望通过适当增加PO2T以产生理想的医疗作用。但是在利用空气加压治疗时,可伴有PN2T增加而对治疗不利。要想使PO2T适当地增加而又不增加PN2T则必须按照气体出入人体的规律设计合理的操舱方法。

本研究发现:(1)加压阶段吸氧气时PO2T较大,并且随着不同组织的气体饱和速度加快、稳压压力增加而明显增加,但不随加压时间延长而增加,其原因是本研究设计的吸氧时间在两种操舱法都是80min,加压阶段吸空气法的80 min吸氧均在稳压阶段,而加压阶段吸氧气法,在加压阶段吸氧气,其时间延长时相应稳压阶段吸氧时间就缩短,而加压阶段的平均压力为稳压阶段的1/2,所以延长加压时间并不增加PO2T,过度延长加压时间反而使PO2T降低。(2)加压阶段吸空气法PN2T显著升高,并且与加压时间、稳压压力、气体饱和的速度成正比。(3)气体出入人体存在“先进后出”规律,先进后出规律主要是增加气压效应量的时间效应:加压阶段吸空气时PN2T较大,加压阶段吸氧气时PN2T较小,提示气体出入人体确实存在“先进后出”,即先饱和的气体后脱饱和。加压阶段吸氧气时先入后出的是氧气,氧气在体内停留的时间较长,所PO2T较大。加压阶段吸空气时先入后出的是空气,氮气在体内停留的时间较长,所以PN2T较大。(4)结果中S值是随气体饱和的速度增加而增加,提示气体出入人体的“先快后慢”规律主要是先入气体的物理溶解量增加,增加的是压力效应。(5)所观察的理论组织中气体饱和与脱饱和的速度越快,先快后慢和先进后出的规律越显著。

气体的“先进后出”规律的应用:气体的“先进后出”规律具有普遍实用性,至少目前想到的就有以下几种作用:

高压氧治疗的操舱方法:(1)加压阶段吸氧气,因为加压阶段是高压氧治疗的初始阶段,根据气体出入人体的先进后出、先快后慢规律,在加压阶段应吸入氧气,以增加PO2T提高疗效和减少PN2T减轻副作用。我科采用加压阶段吸氧气法已有几年,实践证明加压阶段吸氧气法疗效提高[2],副反应减少[3]。(2)潜水减压治疗,潜水员水面减压采用超高压治疗,怕氧中毒,稳压阶段不能吸氧,只在减压阶段吸氧,但根据本研究结果提示,在加阶段吸氧可能会有更好的效果。

高压氧预处理:在潜水之前,高气压下作业之前(包括潜水减压陪舱人员),器官移植之前,以及一些耗氧特别大的活动之前均可进行高压氧预处理以防止疾病和提高医疗成功率。如潜水前进行高压氧预处理可减少减压病的发生率。有研究提示高压氧预处理可减小心肌梗范围[4],增加缺血缺氧的耐受性[5],减轻缺血再灌损伤[6,7],促进康复[8,9],提高器官移植的成功率[6]。

潜水医学教科书上可以查到气体出入人体的三种规律,即(1)先快后慢。(2)长久彻底,即时间越长气体饱和越充分,时间越长气体脱饱和越彻底。(3)快进快出,慢进慢出,即一种组织的气体饱和快时它的气体脱饱快也较快,气体饱和慢的脱饱和也较慢。所以我建议在教科书上将“先进后出”列为气体出入人体的第(4)规律。因为“先进后出”和“先快后慢”规律是先入气体同时存在的先入气体饱和规律,这一先入气体饱和规律是高压氧预处理能够提高机体对缺氧耐受性的理论基础,也是为什么高压氧治疗应选择方法Ⅱ的理由,但是值得注意的是,如果要在限制吸氧时间的条件下获得较高的PO2T,则不能过度延长加压时间。

参考文献

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[3]杨晓春,肖平田.加压阶段吸氧气与吸空气时不良反应的观察[J].医学临床研究,2004,21(9):963967.[3]YANG XC,XIAO PT.Observation of adverse reaction on inspir-ing oxygen and inspiring air during compression[J].J Clin Res,2004,21(9):963967.Chinese

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[7]PAN QM,LIU MC.Analysis of integrated treatment in28cases of mean trauma brain infarction[J].China Journal of Modern Medicine,2005,15(24):38183722.Chinese

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非饱和土抗剪强度研究 篇7

土体抗剪强度是工程的设计、施工必不可少的计算参数, 而自然界中的土多处于非饱和状态, 由于非饱和土中气相的存在, 直接以饱和土计算方法得到的非饱和土的抗剪强度误差很大, 因而非饱和土抗剪强度的研究成为现代土力学的重要研究内容。

1977年, 加拿大Saskatchewan大学的Morgenstern和Fredlund[1]教授建议用2个独立变量 (σ-ua) , (ua-uw) 建立抗剪强度表达式。Fredlund认为, 非饱和土的抗剪强度由3个部分组成, 即有效凝聚力c′, 净法向应力 (σ-ua) 引起的强度, 基质吸力 (ua-uw) 对强度的贡献等。1978年, Fredlund提出了非饱和土的抗剪强度公式 (1) , 其中净法向应力引起的强度与有效内摩擦角ϕ有关, 而基质吸力引起的强度与ϕb有关。

τ=c+ (σ-ua) tgϕ+ (ua-uw) tgϕb (1)

Fredlund等[2] (1995年) 利用非饱和土的土—水特征曲线方程确定非饱和土抗剪强度随吸力变化的非线性规律, 得到如下非饱和土抗剪强度公式:

$\tau {}_f=c^{\prime }+(\sigma -u{}_a)\tan {\text{ϕ}}^{\prime }+\tan {\text{ϕ}}^{\prime }{\displaystyle {\int }_0^{\Psi }\left[\frac{s-s{}_r}{1-s{}_r}\right]}\text{d}(u{}_a-u{}_w)$ (2)

其中, s为饱和度;sr为残余饱和度;Ψ为土的吸力。

缪林昌等[3]对宁夏膨胀土进行研究, 控制不同含水量进行直剪实验, 并将不同含水量下的强度参数进行线性回归分析, 得到强度随含水量w变化的关系式:

lgc=A1-B1w (3)

lgϕ=A2-B2w (4)

τ=c+σtanϕ=A110B1w+σtan (A210B2w) (5)

沈珠江[4]曾给出非饱和土抗剪强度的双曲线形公式:

$\tau {}_f=c^{\prime }+(\sigma -u{}_a)\tan {\text{ϕ}}^{\prime }+\frac{u{}_s}{1+\text{d}u{}_s}\tan {\text{ϕ}}^{\prime }$ (6)

陈敬虞和Fredlund D.G.[5] (2003年) 将非饱和土的抗剪强度公式总结为:

τf=c′+ (σ-ua) tanϕ′+τs (7)

其中, 将τs定义为吸附强度, 并认为它随非饱和土吸力的变化是非线性的。本文通过精确控制基质吸力, 进行了不同基质吸力、不同竖向压力下的直剪试验, 探讨了抗剪强度各参数与基质吸力之间的关系。

1研究方法

1.1 试验设备

本试验采用soilmoisture公司15 Bar压力板仪进行试样脱湿。采用南京土壤仪器厂生产的ZFY-1型非饱和土应变控制式直剪仪进行直剪试验 (见图1) 。

1.2 试样制备

本试验用土样经风干碾碎, 测得最大干密度1.75 g/cm3, 塑性指数12.33, 最优含水量17.7%, 最终确定控制干密度为1.7 g/cm3, 含水量为16.3%配制土样。将土样放置于保湿箱静置24 h, 使其充分混合均匀。称量放入压样器内压制成样。试样的直径与高度分别为61.8 mm和20 mm。试样经抽气饱和后, 放入保湿箱备用。

1.3 试验方案

本试验分为4组, 每组4个试样;试验控制基质吸力分别为:100 kPa, 150 kPa, 200 kPa, 300 kPa;竖向应力为100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa;试验控制剪切速率为1 mm/min。为了保证试验的均一性, 一次性制样20个, 通过压力板仪控制基质吸力50 kPa, 每次从中取出试样放入非饱和土直剪仪中, 加到预定基质吸力, 直到平衡, 进行直剪试验。

2试验结果分析

2.1 基质吸力影响抗剪强度分析

以竖向正应力为横坐标, 抗剪强度为纵坐标绘制抗剪强度包线, 见图2。由图中可以看出:1) 当竖向正应力、基质吸力增大时, 抗剪强度均增大。因基质吸力与含水率成反比, 则可知抗剪强度与含水率成反比。2) 基质吸力刚开始变大时, 抗剪强度变化明显;随着基质吸力继续增大, 抗剪强度变化趋于稳定。

在岩土工程设计中, 抗剪强度参数是最为重要的。强度参数的确定是判断岩体工程是否满足正常使用功能的前提和基础, 也是指导工程设计和安全施工的重要依据。表1为非饱和土的强度参数。从表1可以看出, 各基质吸力下土的内摩擦角ϕ变化不大, 粘聚力c变化随基质吸力变化明显, 且随基质吸力增大而趋于稳定。吸力的变化对强度的影响主要表现在对粘聚力c的影响上。

如图3所示为粘聚力与含水量的关系。我们对粘聚力取对数, 通过线性回归分析, 可以得到粘聚力c与含水率w的关系方程如下:

lgc=A+B×w (8)

其中, A, B均为试验结果确定的回归参数, 本试验中A=10.875 8, B=-0.866 2。取内摩擦角ϕ=32.15°, 将粘聚力和内摩擦角代入抗剪强度公式中, 可以得到非饱和粉质黏土的抗剪强度公式为:

τ=c+σtanϕ=A110B1w+σtanϕ≈10 (1-0.866 2w) +σtan32.15° (9)

2.2 抗剪强度时间因素影响分析

图4为抗剪强度随时间的变化曲线。由该曲线可以看出两种趋势:1) 随着竖向正应力增大, 试样达到屈服强度的时间呈增加的趋势。取基质吸力为300 kPa时抗剪强度曲线为例, 剪切平衡时间分别为:3 s, 3.5 s, 3.8 s, 4.5 s, 平衡时间与竖向正应力成正比。2) 随着基质吸力的增加, 试样屈服时间也呈增大趋势。以竖向正应力为200 kPa为例, 平衡时间为:2 s, 2.4 s, 2.8 s, 3.5 s, 与基质吸力成正比。

3结语

本文综合讨论了非饱和粉质黏土击实试样的抗剪强度与基质吸力的关系, 得出了抗剪强度参数, 并分析了非饱和土抗剪强度与时间的关系, 得到如下认识。

1) 非饱和土抗剪强度与基质吸力成正比, 与含水率成反比。

2) 抗剪强度的变化随着竖向正应力的增大而趋于稳定, 随着基质吸力的增大趋于稳定。

3) 各基质吸力下土的内摩擦角ϕ变化不大, 粘聚力c变化随基质吸力变化明显。对粘聚力取对数, 可以得到粘聚力c与含水率w的关系方程如下:

lgc=A+B×w=10.875 8-0.866 2w。

将粘聚力和内摩擦角代入抗剪强度公式中, 可以得到非饱和粉质黏土的抗剪强度公式为:

τ=c+σtanϕ=A110B1w+σtanϕ≈10 (1-0.866 2w) +σtan32.15°。

4) 非饱和土抗剪强度随平衡时间呈现两种变化趋势:a.平衡时间与竖向正应力成正比;b.平衡时间与基质吸力成正比。

参考文献

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[3]缪林昌, 仲晓晨, 殷宗泽.膨胀土的强度与含水量的关系[J].岩土力学, 1999, 20 (2) :71-75.

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[5]陈敬虞, Fredlund D.G..非饱和土抗剪强度理论的研究进展[J].岩土力学, 2003, 24 (sup) :654-660.

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非饱和土力学理论的研究进展 篇8

地下水位线以上的土体大都处于非饱和状态(饱和度小于1)，而地下水位的位置与气候条件息息相关.图1表示的是我国干旱分布情况，湿润指数(降水量除以蒸散量)大于1的地区为湿润区[1].我国大部分地区的降水量都小于蒸散量(湿润指数小于1)，导致全国土体的非饱和带分布具有较大的广度和深度.这些广泛分布的非饱和土与岩土工程问题密切相关，如降雨引起湿陷性黄土沉降，膨胀性土膨胀导致结构物产生开裂，降雨诱发的滑坡、在开挖非饱和土中的隧道时遇水后的塌陷、天然气水合物的高效开采、垃圾填埋场的污染物运移等.

目前工程中广泛使用的主要是经典的饱和土力学理论.饱和土仅是非饱和土特例情况，采用饱和土力学无法全面地分析和解释土的行为.为了更全面地认识土体的行为，并且更全面地描述土的性质，需要发展非饱和土力学的理论.强度和变形问题一直是岩土工程中备受关注的两大问题，近几十年非饱和土力学理论在这些方面的研究也得到了迅速发展.本文将对非饱和土力学理论研究进展和前沿问题进行简单的论述，首先对非饱和土的有效应力原理进行探讨，随后对非饱和土的强度问题和本构问题进行论述，最后对热力学原理和多孔介质方法等新方法在土力学中的应用进行简单的介绍.

2 非饱和土中的有效应力

在饱和土力学中，有效应力是决定土体强度和变形的主要因素，类似地，在非饱和土力学中，有效应力的研究也是其他研究的基础和前提[2,3,4].非饱和土中由于吸力的存在使得其性质与饱和土有较大不同，它对非饱和土的变形和强度有很大影响.因此，非饱和土的有效应力中应该要考虑吸力的作用，才能够合理地描述非饱和土的性质和行为.

20世纪50年代，Bishop[5]将基质吸力和净应力进行组合，提出了著名的非饱和土单应力变量的有效应力，称为Bishop有效应力.与外力作用类似，吸力的改变也会引起土体的变形，因此把这两部分组合在一起，作为控制土体变形和强度的应力，从而有了Bishop有效应力.但在当时弹性理论框架下，Bishop有效应力难以说明非饱和土的湿陷现象，使得它的有效性遭到了质疑[6].20世纪60年代，Coleman[7],Bishop等[8]和Blight[9]提出了用两个独立的应力变量，将净应力和基质吸力分开，描述非饱和土的强度和变形.Fredlund等[10]提出了零位试验,验证了采用这两个应力变量描述非饱和土的强度和变形的正确性.此后，用这两个应力变量描述非饱和土的变形和强度的研究得到了迅速的发展，并形成主流.

不论是单应力变量还是双应力变量，吸力都是非饱和土有效应力很重要的一个部分，但目前工程界对吸力的认识和理解并不一致，有时还存在概念混淆.总吸力通常包含基质吸力和溶质吸力两部分.当不考虑土体中孔隙水化学浓度变化时，溶质吸力的影响可以忽略，此时主要关注基质吸力.基质吸力一般又由两部分组成：毛细部分和粘吸部分.工程中使用的吸力通常是指基质吸力，它与含水量或饱和度密切相关，常用土水特征曲线来表征.土水特征曲线中的基质吸力不仅包括毛细部分，还包括粘吸部分.毛细部分可以用孔隙气压减去孔隙水压(即s=pa-pw)来表示，粘吸部分则由各种物理-化学作用引起.这两个部分基质吸力在概念上明显不同，对非饱和土的作用和影响也不同，但在实验中却很难加以区分，粘吸部分是否仍能用s=pa-pw表示也值得研究[11].目前非饱和土本构模型大多数都是根据毛细作用而建立的，并且基质吸力随饱和度在0∼1范围变化，相当于假定毛细作用在整个饱和度范围内都起主要作用.但实际上，在低饱和度时毛细作用已经很小，此时应该考虑粘吸作用，才能建立更合理的本构模型.

已有研究表明将吸力与净应力组合给出的Bishop有效应力不能全面地描述非饱和土的性质，需要增加新的变量.而将净应力和基质吸力拆开独立地描述非饱和土行为的双应力变量也有缺点，比如它难以处理饱和度的影响以及渗流耦合问题.因此，近年来Bishop有效应力和吸力开始被选作模型的两个基本应力变量，用于描述非饱和土的性质.总体上说，目前普遍认同的是采用两个应力变量作为本构变量，但采用何种具体变量，依赖于研究者的认识和方便.另外本构模型的优劣不仅取决于所选择的应力或本构变量，更重要的是取决于它对非饱和土的关键性质的描述能力.需要指出的是：饱和度对其结构和刚度等性质的影响是不容忽略的.

3 非饱和土的强度

非饱和土的强度理论在非饱和土的边坡、地基承载力以及土压力等工程问题中具有非常重要的意义.与饱和土不同，吸力的存在会提高非饱和土的强度，而饱和度的增加可能会明显地降低土体的承载能力以及土坡的安全性系数.此时，非饱和土的强度准则可以表示为

式中,σij是应力张量，s是吸力，k是强度参数.利用式(1)可以把许多饱和土的强度准则扩展到非饱和土中.

3.1 抗剪强度

过去几十年里，有很多针对非饱和土强度问题的研究和试验，这些研究主要以抗剪强度为主.从这些研究和试验中，可以观察到两个基本趋势[12]：一是抗剪强度会随着净法向应力的增加而增加；二是抗剪强度会随着基质吸力的增加而增加.比较以上两种因素所引起强度的变化，会发现净法向应力比吸力的作用更加明显.

为了描述上述变化趋势，假定非饱和土的抗剪强度主要受到其有效应力的控制，主要分为两类：一类是基于Bishop应力的抗剪强度表达式，另一类是基于净应力和基质吸力双应力变量的强度表达式类似饱和土的摩尔库仑强度理论，这两类抗剪强度的表达式可以统一表示为

式中，c是有效黏聚力，是有效内摩擦角，是净应力，f(s)反映了吸力对抗剪强度的影响.采用不同的有效应力可以有不同的表达式

式中，χ为Bishop参数，φb是对应于吸力的有效内摩擦角.试验表明，强度与吸力的关系是非线性的，且强度在低吸力时增加迅速，而高吸力时增加缓慢或停止增加，所以φb与吸力的关系是高度非线性的.在不同饱和度时，φb的值变化很大，因此可以将其表示为饱和度和φ的函数.

抗剪强度表示为吸力函数，实际上也间接地可以表示为饱和度的函数.由于吸力和饱和度之间的关系并不唯一，这种不唯一的关系可由土水特征曲线反映.因此，非饱和土的抗剪强度实际上依赖于土水特征曲线[13].土水特征曲线的形式越复杂，使用的参数越多，抗剪强度的计算就会越复杂.尤其当土体出现较大塑性变形时，土水特征曲线本身也会因变形影响而发生变化，从而使计算更加复杂.此时，利用式(2)计算抗剪强度会遇到困难，需要与复杂的弹塑性本构方程相结合，建立非饱和土的强度理论.本构理论可以将土的变形和强度问题有机地联系起来，强度只是应力应变关系中的一个特殊阶段，强度理论实际上已被包含在土体弹塑性本构模型中.这种隐含在本构模型中的强度理论，一般不能单独用于分析极限平衡问题，不如式(2)简单.

总体上说，目前抗剪强度的计算公式都可以给出比较理想的预测结果，但由于它们大多基于经验和唯象的方法建立，强度参数的确定是否合理会对计算的精确性产生很大的影响.非饱和土强度理论的发展一方面要借助本构理论的不断发展，另一方面也要根据实际要求尽可能地简单实用.

3.2 抗拉强度

吸力不仅影响着非饱和土的抗剪强度，同时也影响了其抗拉强度.虽然土体抗拉能力相对较弱，但土特别是非饱和土仍然可以承受一定的拉力，具有一定的抗拉强度，且这种抗拉强度在一些工程问题中非常重要.当抗拉强度不足时，在拉应力的作用下土体会出现开裂，会对建筑物产生极大的危害，如地基不均匀沉降引起的拉伸破坏，高土石坝心墙拱效应而引起的拉裂缝，土坡滑动破坏前由于部分土体处于拉伸状态而导致的坡顶或表面的开裂.许多土工建筑物的破坏都与土的抗拉特性有关，但对于非饱和土抗拉强度的研究却很少.

非饱和土的抗拉强度来源于颗粒材料内部的黏聚力，黏聚力的产生源于土体内部的各种物理化学作用力.这些作用力中，一类是在饱和土中就存在的，如范德华力、双电层引力或排斥力、溶质沉淀引起的胶结力等.另一类作用力只有在非饱和土中才存在，即表面张力引起的毛细作用，它受含水量或饱和度的影响非常大.第一类作用力在饱和黏土中比较明显，在砂土中通常可以被忽略，目前已有较多针对饱和黏土拉伸强度的研究[14]，并已经建立了黏性土在受拉条件下的破坏准则，比如Mohr--Coulomb准则、Griffith准则.在非饱和土中，由于两种作用同时存在，使得非饱和土抗拉强度问题要比饱和土复杂得多.

试验表明，非饱和土的拉伸强度受到颗粒尺寸、颗粒接触角、颗粒间距和饱和度的影响[15].颗粒尺寸增大、颗粒间距变长或接触角增大，都可能导致拉伸强度变小.所有影响因素中，饱和度或含水量的影响最受关注，因为毛细作用引起的黏聚力受饱和度影响很大[16].很多学者就这种毛细作用对拉伸强度的影响进行了研究，提出了在不同饱和度区域的理论模型[17,18].Lu等[19]提出吸应力的概念来考虑非饱和土拉应力作用，他指出吸应力宏观表现就是一种拉应力，反映了负孔隙水压和表面张力综合作用在非饱和粒状颗粒骨架内产生的净粒间作用力.

以上研究表明目前在非饱和土抗拉强度研究取得了一些进展，但需注意的是这些研究大多针对的是非饱和土砂土，非饱和黏土抗拉强度理论还不多，也不深入.此外在拉剪同时作用下，非饱和土的强度特性的研究也很少，有待进一步的发展.

4 非饱和土的本构模型

非饱和土力学发展的核心问题之一就是本构关系问题.由于非饱和土性质非常复杂，为了考虑不同因素的影响，可以建立不同的本构模型，如线性和非线性弹性本构模型，弹塑性模型，结构性模型,多种因素耦合模型等[20].本节将主要介绍水力力学耦合弹塑性模型，在此基础上可以发展出更多复杂的本构模型，比如考虑结构性影响、温度效应和化学效应等.

非饱和土有效应力原理是建立非饱和土本构模型的前提，本文第2节已对有效应力进行了讨论单应力变量的有效应力原理简单、易于被接受和掌握，可以用来建立非饱和土本构模型[21].但是正如前文所述，单应力变量自身的缺陷使得其建立的模型也具有局限性，所以目前大部分做法都是采用两个应力状态变量来建立模型.接下来主要对采用两个应力变量的模型进行简单的介绍.

4.1 基于净应力和基质吸力的弹塑性模型

Roscoe等建立了饱和土的临界状态弹塑性模型以后，如何把它拓广到非饱和土中去，一直困扰着土力学的研究者们.Alonso等[22]于1990年提出了影响很大的非饱和土BBM(Barcelona basic model)模型，在该模型的影响下，20世纪90年代以后非饱和土弹塑性本构模型的研究开始成为土力学的热点之一.

BBM模型是基于净应力和基质吸力建立的弹塑性模型的典型代表.它可以描述非饱和土的许多力学特性，例如屈服应力随吸力的增大而变大、因湿化而引起湿陷变形等.该模型提供了一个完整的理论框架来描述非饱和土的不同性质和特性，为描述更加复杂现象的本构模型提供了理论基础.此外，模型基本参数简单易于确定，这也为模型用于工程实际问题的数值分析方法提供基础.

BBM模型最重要的贡献在于它提出了加载湿化屈服曲线(LC,loading collapse,屈服线)的概念并给出了其数学表达式，可反映非饱和土的屈服应力随吸力的变化情况.通过引入LC屈服线，模型可预测非饱和土的最重要的变形特性——湿化变形.在含水量单调变化条件下，基于LC曲线建立的本构模型可以很好地描述非饱和土的变形及强度特性.LC屈服面的成功应用使得它成为当前非饱和土模型的一个重要部分并被广大的研究者所认可.但已有的研究表明LC屈服线也存在一些缺点.首先它无法有效地描述土体从饱和到非饱和状态的转换，不能考虑饱和度及其变化历史的影响，也无法考虑土水特征关系的循环滞回特性，因而不能考虑饱和度循环变化和土的变形及强度变化之间的耦合效应.因此，有很多学者都对BBM模型进行了修正和改进[23-24].

针对BBM模型的修正并没有从根本上改变BBM模型的缺点，这是因为仅采用双应力状态变量而不考虑其他因素的影响导致了模型本身的缺陷.基于双应力变量建立的弹塑性模型，虽然可以考虑吸力对土体的影响，但却无法反映饱和度的作用.吸力的存在既会改变土体的有效应力，还会改变土体的结构.且吸力的这两种作用受饱和度的影响很大，即使吸力相同，非饱和土也会因饱和度的不同而使土颗粒之间毛细连接的数目和连接强度发生较大的变化，从而导致非饱和土的强度、刚度甚至渗透性也随之产生较大的变化.因此，要克服BBM模型的缺点，建立水力力学耦合的弹塑性模型，就必须要考虑饱和度的影响.

4.2 基于Bishop应力和基质吸力的弹塑性模型

非饱和土在受到外力的作用时，会同时产生力学方面(如变形和强度)和水力方面(如饱和度)的变化.一方面饱和度循环变化及其变化的历史会改变非饱和土的变形及强度特性[25,26].即使饱和度或含水率相同，但由于干湿变化路径不同也会导致土的结构力学性质和渗流性质不同.因为加湿或干燥会使孔隙水具有不同分布形态，而孔隙水分布形态对非饱和土的宏观力学行为会产生重要影响.另一方面土骨架变形也会反过来影响非饱和土的土水特征行为[27,28]，例如在控制吸力不变的加载实验中，当土体出现塑性体变，尽管此时吸力没有变化，饱和度也会有明显的增加，这种现象用一般的土水特征曲线是无法描述的.所以非饱和土的力学行为既与应力历史有关，又与加湿-脱湿路径有关，这一点使得非饱和土模拟与饱和土模拟存在明显不同.一般分别用弹塑性模型和土水特征曲线描述非饱和土的力学性质和毛细特性，非饱和土的这两种性质以前被分别考虑、不相关联.因而不能考虑变形引起毛细特性的变化，也不能考虑饱和度的变化对非饱和土力学性质的影响.针对这种状况，用弹塑性力学的方法建立可以同时预测非饱和土的水力性状和力学性状的耦合的数学模型成为研究的热点.

为了考虑饱和度及其变化历史对非饱和土力学性质的影响，首先要选择适当的变量来考虑饱和度的作用，目前使用最多的是采用Bishop有效应力和吸力作为应力状态变量.当然也有其他做法，如Gallipoli等[25]提出了毛细作用的概念，并将其表示为饱和度和吸力的函数.Zhou等[29]用饱和度替换吸力，在应力与饱和度空间中建立了耦合本构模型.其次为了考虑饱和度循环变化的历史对力学特性影响，通常把塑性饱和度或塑性含水量作为硬化参数，利用硬化方程来反映.Wheeler等[30]正是采用以上两种方法提出了一个简单的耦合模型，该模型应该是最早的一个可以反映水力和力学相互影响的模型，在他之前虽然也有考虑水力力学耦合的模型比如Vaunat等[31]，但Vaunat模型中并未考虑饱和度的影响.Wheeler等[30]的模型提供了一个简单的方法将水力与力学行为耦合起来，固液两相的相互影响通过屈服面之间的耦合来建立，但该模型只适用于等向固结状态，过于简单不能模拟实际情况；在平均净应力-吸力的平面上该模型投射出一条垂直的LC曲线，这也与实验观测不相符合Sheng等[32]采用了与Wheeler模型相同的变量建立模型，区别在于其模型对吸力的两个屈服面采用了非相关联流动法则，因而可以预测塑性的体积膨胀还有不少学者针对其硬化函数进行了修正[33,34].这种将饱和度引入硬化方程中以考虑干湿循环变化的历史对力学特性影响的做法，得到了广泛的认可，已被广泛应用于水力力学耦合的本构模型当中.

为了考虑固相变形对毛细特性的影响，需要研究变形对土水特征曲线的影响.土水特征曲线(soi water characteristic curve,SWCC)定义了土中基质吸力与含水量之间的关系.变形会改变土中的孔隙结构，这将影响到SWCC的位置和形状[27,28].对于确定的土样并且温度变化不大时，SWCC受矿物成分和温度的影响可以不考虑，此时孔隙结构和密实程度的影响起主要作用.在孔隙结构变化不太大的土体变形过程中，可以用孔隙比变化表示孔隙结构和密实程度的变化.而应力历史和应力路径对土水特征曲线的影响，可通过最终的耦合弹塑性模型来反映.目前土水特征曲线的模型有很多，最简单的做法是将其简化成双线性形式，假设在扫描线上只有弹性变形，边界线上发生弹塑性变形，并且将扫描线与边界线均表示为孔隙比的函数[27].有很多模型也将孔隙比替换为比体积[35,36]或体应变[31,37].双线性形式的SWCC虽然可以简单地应用于非饱和土本构模型中，但是与实际情况比有较大的误差，因此可以用经验的SWCC方程来替代其边界面，比如用van Genuchten方程作为边界面方程[38]，可以较好地拟合试验数据.此外也可采用边界面模型来建立SWCC方程[39]，或域模型来建立液相方程[40]，所得结果也能很好地反映实际情况.

同时考虑以上两方面的影响，才能建立非饱和土的水力力学耦合的本构模型，近些年已发展了很多考虑非饱和土的这两方面性质的耦合模型[28,29,30,31,32,33,34].此类模型大多采用了Bishop形式有效应力和吸力作为应力状态变量，因此可以在饱和与非饱和状态之间连续和光滑的变换.以水力力学耦合为基础，可以进一步发展出考虑更多复杂因素的模型，比如考虑温度变化的模型，双孔隙结构模型等.

4.3 具有双孔隙结构的非饱和土的研究

自然界中许多土都具有明显的双孔隙结构,例如膨胀土、原状黏土、较低含水量的压实黏土等.所谓双孔隙结构指的就是结构内部存在两种尺度的孔隙结构：集聚体间的宏观孔隙和集聚体内的微观孔隙.实验表明[41]具有双孔隙结构的土体在外载荷作用下其微观结构和宏观结构会表现出不同的力学特性.在干湿循环条件下，集聚体本身具有湿胀、干缩的特性，变形可恢复，而宏观结构的变形与土体密实程度、外载荷大小及基质吸力变化范围等相关，大部分变形不可恢复[42].由此可见，在不同应力路径下，双孔隙结构土体的微观和宏观结构会表现出不同的变化特性，导致其行为特性更加复杂，也使其本构模型比一般非饱和土更加复杂.

为了描述双孔隙结构土体的行为，Gens等[43]考虑土体微观结构的变形对宏观结构行为的影响，建立了双尺度本构模型，用于描述膨胀土的力学特性和含水量变化导致的体变行为.Alonso等[44]在此基础上建立了完整的应力-应变增量方程，即BExM(Barcelona expansive model)模型，该模型能够描述含水量和外载荷的变化引起的集聚体体积变形，以及集聚体的体变对土体整体变形的影响.之后很多学者对上述模型进行了改进[45,46].近些年针对具有双孔隙结构土的研究已经取得了一定的成果，发展出了能够描述膨胀性非饱和土的复杂行为的模型[47]，以及考虑双孔隙结构土体的渗流-变形耦合问题的模型等[48].

非饱和土是一种典型的弹塑性材料，作为一种三相多孔介质材料，其本构关系不仅需要反映土骨架的变形，还要对液相的变形特征进行描述，同时还要考虑两者之间的相互耦合作用.并在此基础之上可虑更多的复杂因素，如温度、双孔隙结构等.目前非饱和土的水力力学耦合本构模型框架已基本形成，基本的做法是选择合适的应力变量，将剑桥模型扩展至可以考虑吸力的影响，引入加载湿陷屈服面构成三维屈服面；通过合理的硬化机制，来反映饱和度等其他因素对土体的影响；利用土水特征曲线反映饱和度与吸力之间的关系，并考虑变形对土水特征曲线的影响.由此得到的本构模型通常具有较多的参数，如何通过实验简单地获取这些参数，并使模型可以用于分析实际问题，仍然是非饱和土本构模型急需解决的重要问题.

5 热力学和多孔介质理论的应用

近些年来，越来越多的学者开始利用热力学原理来建立一般材料和岩土材料的本构模型.Ziegle等[49]最早提出了利用热力学理论建立材料本构方程的方法，其关键是确定材料的能量势函数和耗散势函数.Collins等[50]把这种方法进行推广并用于饱和土，对剑桥模型进行了推导.Houlsby[51]基于热动力学理论推导了非饱和土的功和能量平衡方程的表达式.Wheeler等[30]、Sheng等[32]通过功的表达式来选择应力状态变量，建立水力力学耦合的本构模型.Li[52,53]给出了热力学方法建模的理论框架，并最终建立了非饱和土弹塑性本构模型Hu等[54]也采用热力学方法建立了水力力学耦合的本构模型.近年来赵成刚团队在此方面做了大量工作，通过热力学方法建立了非饱和土模型的理论框架[55,56]，给出了非饱和土临界状态的必要条件[57]，并针对不同类型的土建立了相应的本构方程，包括非饱和黏土[58]、非饱和砂土[59]和膨胀土[52]等，并开始考虑多场耦合效应的影响，如应力场、温度场、化学场等[60,61,62].

非饱和土作为一种三相多孔介质，内部结构极为复杂，用传统方法很难对其进行精确的描述.此外，由于非饱和土并不是孤立地存在于自然界中，它会在各种环境条件改变时，发生复杂的耦合相互作用，比如在应力场、渗流场、温度场、化学场以及电磁场等不同场的耦合过程中就会发生耦合相互作用.在这种耦合作用过程中，土骨架将发生变形，土中流体将发生流动，热量在土骨架和流体中会发生热传导和热对流，某些情况下土体内还会发生化学以及电磁作用等.并且上述作用和变化过程并不是相互独立的，而是相互作用、相互影响着的.为了描述非饱和土的这种多场耦合行为，多相孔隙介质理论开始应用到土中，为分析非饱和土的复杂行为提供了理论基础.

随着岩土工程理论的不断发展，建立和发展非饱和土多场耦合理论已成为必然趋势.目前已经发展了一些具体模型，可以模拟各种不同场的多场耦合效应，如两场耦合模型[63,64]、三场耦合模型[65]和四场耦合模型[66,67]等.以上模型大都基于宏观、经验而建立，一般只在各能量守恒方程中都相应地增加其他场的耦合作用项以及各场之间的界面效应项，并且模型中常常采用经典线性定律.如描述渗流过程的Darcy定律，描述质量扩散过程的Fick定律，和描述热传导过程的Fourier定律，由于这些定律都是基于线性假定而建立的，由此建立的模型难以考虑非线性问题.此外，对于输运过程材料发生变形的情况，通常将输运过程与已有的固结理论相耦合而进行简化处理，很少能做到真正的多场耦合.

通过宏观唯象方法建立的多场耦合理论难以解决复杂的非饱和土多场耦合问题，而基于热力学的多孔介质理论则为发展非饱和土多场耦合理论提供了可行的思路.多孔介质理论可以统一地描述多相孔隙介质中复杂的相互作用以及它在外力和环境作用下的响应，为非饱和土多场耦合理论的建立奠定了基础[68].针对多孔介质理论应用于非饱和土多场耦合问题以及污染物输运问题，笔者进行了研究并取得了一些阶段性成果[61,62].

6 结语

本文对非饱和土力学当前的研究进展进行了论述，对其中热点问题进行了探讨，包括以下几个方面：

(1)对于非饱和土有效应力，目前普遍认同的是采用两个应力变量作为本构变量.这两个应力变量中，一般一个是基质吸力，另一个是净应力或Bishop应力.实际中采用何种具体变量则依赖于研究者的认识和方便.

(2)基质吸力包含毛细部分和粘吸两部分作用，它们在概念上的区分是明显的，对非饱和土作用的机理和影响也是不同的.目前非饱和土本构模型都是基于毛细作用建立的，实际上，在低饱和度时毛细模型已经失效，应该考虑粘吸作用.

(3)非饱和土抗剪强度随着净法向应力或吸力的增加而增加，其计算方法可由饱和土摩尔库仑准则扩展而来，区别在于非饱和土强度很大程度上还依赖于土水特征曲线.非饱和土，特别是非饱和黏土的抗拉强度理论仍然有待于进一步发展.

(4)非饱和土本构模型从BBM模型开始成为研究热点，到目前已发展出比较成熟的水力力学耦合的本构模型.基于这些模型可以发展出考虑更多复杂因素的本构模型，比如描述膨胀土的双孔隙结构模型、考虑温度效应和化学效应等.

(5)应用热力学和多孔介质理论解决非饱和土力学问题的研究，已经取得了一些进展.采用热力学方法建立非饱和土模型的理论框架并给出具体本构方程，基于多孔介质理论考虑在多场耦合条件下土体的复杂行为仍然是一个值得研究的课题.

非饱和土研究的初期，研究的注意力主要集中于用吸力描述非饱和土的强度和变形所担当的角色和作用上[69].而目前已经发展到了需要综合考虑孔隙水的变化历史(即吸力和土水特征的干-湿变化的历史)和土的应力与变形的变化历史以及它们的相互作用和耦合，这些对于描述非饱和土的性质和行为是至关重要的.非饱和土的渗流、降雨入渗和失稳、击实等经典课题仍然是目前研究的重要方向

另外，非饱和土的地震响应问题(尤其是非饱和土边坡稳定问题)，由于难以确定吸力的瞬态变化和相应的强度，使得该问题一直没能得到很好的解决其原因在于非饱和土力学的理论是建立在稳态、平衡的基础之上.所以非饱和土边坡内部吸力或饱和度由于环境作用而产生的不稳定，重新到达稳定或平衡状态，通常需要较长的时间；然而地震作用是一种瞬态或快速短暂的作用.因此难以用基于稳定平衡状态建立的非饱和土力学理论去分析暂时、瞬态的地震作用.目前主要采用饱和土力学的理论去分析非饱和土的地震滑坡问题.但这种处理方式难以保证其科学性与合理性.因此如何用非饱和土力学的理论分析非饱和土的地震响应以及滑坡问题是一个需要解决的科学问题.

非饱和土土水特性试验研究 篇9

存在于非饱和土中的吸力是其区别于饱和土的根本特征，基质吸力对非饱和土的力学特性有着重要的影响，它随着含水率、饱和度的变化而变化。含水率或饱和度与基质吸力的关系称为土—水特征曲线(SWCC)，是非饱和土的主要本构关系之一[1]。

当前还不能根据非饱和土特性由理论分析得出SWCC，只能用试验获取数据并通过数学方法和模型统计来取得。数学拟合模型方法优势在于误差小、适用性好并考虑了土壤水分滞后作用。针对SWCC的数学模型研究，Hutson J L,Cass A用物理模型对土—水特性进行模拟研究并提出了S形曲线模型[2]，戚国庆等对土水特征曲线的通用数学模型进行了研究[3]。本文拟通过洛阳地区非饱和粉质黏土三轴试验对非饱和土土水特性开展分析研究。

2 试验方案

试验仪器采用河南省岩土力学与结构工程重点实验室的FSY30型非饱和三轴仪。采用轴平移技术来消除气蚀问题，在试验中选用高进气值陶瓷板来实现轴平移。试件采自洛阳地区粉质黏土和粉土，采用分层压实法配置不同饱和度的重塑试件，为直径6 cm、高12 cm的圆柱体。土样的物理性质指标为粉质粘土干密度1.51 g/cm3、初始孔隙比0.793、比重2.71;粉土干密度1.48 g/cm3、初始孔隙比0.824、比重2.70。

试验采用四级围压试验法，即制作粉质黏土和粉土的四种不同饱和度试样各一组，每组四个试样，试验中在各组的四个试样上分别施加100 k Pa,200 k Pa,300 k Pa和400 k Pa围压，量测其基质吸力，如此便可建立起不同围压下饱和度与基质吸力之间的关系。

3 非饱和土土水特性研究

图1给出的是粉质黏土和粉土不同饱和度在不同围压下土水特性实测值及拟合曲线，从图中可以发现同一围压下基质吸力随饱和度的变化成反向变化，且变化幅度随饱和度的升高而减缓;不同围压下的SWCC具有相似的形状和走势，更低围压下的SWCC具有更大的变化范围、更平缓的变化趋势及在同饱和度下更大的基质吸力取值。在高饱和度下基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低饱和度下基质吸力随饱和度的增大而缓慢减小，在中间段(天然饱和度)变化迅速，在实际工程中土的饱和度多处于中间段，可见在天然饱和度下非饱和土的工程性质受饱和度的影响很大。

利用多项式拟合方法对试验中不同围压下的饱和度、基质吸力取值进行拟合，其拟合函数为:

式中:Sr——饱和度;

ψ——基质吸力;

a,b,c——拟合参数。

在试验中的取值见表1，拟合曲线见图1。

从图1中可看到拟合结果与实测数据相差极小，相关系数均能达到0.998以上，我们可得到饱和度同基质吸力之间的关系是连续的。参数a的值与自变量Sr值近似相等，其物理定义为在基质吸力为零的饱和状态的饱和度;针对参数b,c及为提高精度而增加的多项式高次项的系数的物理意义定义进行了数据拟合统计和辅助试验，发现这些参数并无具体物理意义，仅仅是受土体进气值和饱和度影响的拟合参数，这也和多项式的展开形式中各项系数的表达式及可增加多项式的项数来更准确的拟合曲线相符，参数b反映曲线变化的陡缓，参数c及后续高次项系数反映曲线变化段的曲率(即可使拟合曲线更贴近实际)。

4 结语

通过对非饱和土开展三轴试验，并据此对土水特性及试样重塑对基质吸力的影响进行分析研究，得到以下结论:

1)饱和度与基质吸力的关系是连续的;同一围压下基质吸力随饱和度的变化成反向变化，且变化幅度随饱和度的升高而减缓;不同围压下的SWCC具有相似的形状和走势，更低围压下的SWCC具有更大的变化范围、更平缓的变化趋势及在同饱和度下更大的基质吸力取值;

2)在高饱和度下基质吸力随含水量变化的变化幅度很小，在低饱和度下基质吸力随饱和度的增大而缓慢减小，在中间段变化迅速。

参考文献

[1]D G弗雷德隆德,H拉哈尔佐.非饱和土土力学[M].陈仲颐,译.北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]Hutson J L,Cass A.A retentivity function for use in soil watersimulation models[J].Journal of Soil cience,1987,38(5):157-166.

饱和潜水时代 篇10

饱和潜水初长成

从上世纪50年代开始，核潜艇、海上石油开发等军事和民用技术不断发展，海上航运业也随着经济复苏而勃兴。但问题也接踵而来：战略意义的潜艇一旦在海中失事怎么办？水面船舶一旦失事又该如何打捞？解决这些问题离不开一批人——具备深水作业能力的潜水员。

从人体结构上来讲，人类具备承受一定水压的能力，经过训练的潜水员承压能力更强。但人类在潜水时也发现了一个死敌——减压病。简单来说，在几十米深的水下，人呼吸压缩后的普通空气就行，但随着深度增大，在水下呼吸的普通空气中所含的氮气在高压下易引发“氮麻醉”，而且呼吸阻力也随水压增大而增大。这时，潜水员只能靠呼吸氧气与氦气等惰性气体的混合气体来进行更深的潜水作业。而惰性气体被人吸入后会融进人体血液，机体融入惰性气体愈多，其安全减压时间也愈长，也就是说，潜水员在水下作业时间越长，上浮减压的过程就越长，潜水作业效率也会随之降低。能不能创造一种环境条件，能有效避免潜水员每次水下作业后繁琐的减压程序，使减压时间并不随着水下作业的延长而增加，这一步成为了探索深度潜水的核心问题。

40多年前，美国的一位乡村医生和他的同事们经过反复试验，获得了一个惊人的发现。人如果在高压下逗留到一定时间，其血液组织里渗入的气体就会达到饱和程度。从这一程度起，只要压力不变，即使再增加停留的时间，血液和组织里的气体含量也不会改变。当潜水员在某一压力下连续停留24小时后，身体组织中溶解的惰性气体量也就达到了最大限度。严格地说，这时人体吸入的惰性气体与呼出的量是相等的，处于动态平衡。如果溶解量达到一定极限，不再增加，其减压时间也可始终保持不变。

根据这一发现，潜水员在海洋的某个深度工作一段时间后，不必匆忙回到海面上来减压，他可以继续在海中呆下去，直到工作干完后再返回海面，进行一次减压就行了，这种潜水方法就叫做“饱和潜水”。具体来说，它就是创造出一种环境条件，使潜水员在高气压下长时间暴露，体内各组织体液中所溶解的惰性气体量达到完全饱和的程度，使潜水员可以长期停留在高气压下几天乃至几十天，待预定作业任务完成后，一次减压出水。

按照国际惯例，当潜水作业深度超过120米、时间超过1小时，一般都是采用饱和潜水方式。作为唯一一种可使潜水员直接暴露于高压环境开展水下作业的潜水方式，饱和潜水已被广泛应用于失事潜艇救援、海底施工作业、水下资源勘探、海洋科学考察等军事和民用领域。正因如此，世界各国都十分重视饱和潜水技术的研究，目前，英国、美国、瑞士、挪威、法国、德国、日本、俄罗斯八国已先后突破400米深度潜水技术。

饱和潜水漫长路

与这些发达国家相比，我国饱和潜水起步较晚，但是进展较为迅速。我国的海军医学研究所在成立时的研究方向之一就是潜水科学。随着该学科的发展，我国完成了一系列重大军事和民用潜水作业任务，如1963年的‘跃进’号沉没原因的探摸。

1963年5月1日，我国自行设计制造的第一艘万吨级远洋货轮“跃进”号，在由青岛驶往日本门司港的途中沉没。在冷战背景下，这艘巨轮的沉没原因备受关注，勘测调查因而显得格外关键。海军医学研究所的科研人员研制了我国空气常规潜水的潜水技术、减压方案，确保该任务能圆满完成。而随着我军潜艇等装备的不断更新，潜艇救援也成为不容回避的问题，需要发展相应的大深度潜水技术，特别是饱和潜水技术。

1975年，我国海军医学研究所进行饱和潜水动物实验研究，开辟了我国饱和潜水的新领域。实验研究顺利进行，隔年便建立了我国第一座饱和潜水实验舱，并从动物实验研究过渡到人，进行了人体模拟空气饱和潜水实验，培养了我国第一批饱和潜水潜水员、生命支持系统技术人员和医学保障人员。

1987年，在海军的潜水母船上，应用英国进口的200米饱和潜水设备系统，我国首次进行了氦氧饱和潜水海上人体实验，8名潜水员进行了80米氦氧饱和～100米巡回潜水的人体实验，巡回潜水18人次。

到2006年底，12名潜水员在深海高压中生活了390个小时，出潜28人次，工作时间长达126个小时。这是我国首次海上商业饱和潜水作业（96米饱和～105米巡回潜水）。潜水员完成了深海油田油管更换，实现了饱和潜水从模拟试验转化为商业作业的跨越。

2010年9月，一项亚洲模拟饱和潜水实验深度新纪录诞生——493米模拟巡潜深度、480米氦氧饱和模拟潜水实验的成功。这是中国人第一次走进这个极限区域，并将模拟深潜的纪录定格在480米。此次潜水实验的顺利完成，也标志着我国成为世界上第9个掌握突破400米深度、潜水员直接暴露在高压环境下作业技术的国家。

2014年1月12日，5时零9分在北纬20度18分、东经115度09分的南中国海海域。搭载着交通运输部上海打捞局胡建、管猛、董猛3名潜水员的潜水钟，从300米水深的海底回到工作母船的甲板上，完成与生活舱的对接，3名潜水员返回到生活舱里休息。现场总指挥郭杰则宣布，3名潜水员圆满完成我国首次300米饱和潜水海底出潜探摸作业，巡回深度达到313.5米。这是300米深的海底首次迎来了中国人的身姿，中国由此具备了人工潜入300米深的海底“龙宫”探宝的能力。

虽然我国饱和潜水无论是模拟饱和潜水实验还是海上饱和潜水都进行了多次，取得了很大的进展，但是目前大部分为实验研究或训练，实验和训练时的巡回潜水时间普遍太短，而实际作业则比较少。与真正的水下实际饱和潜水相比，模拟饱和潜水在费用、复杂程度上还是有着相当距离。

挑战与发展并存

随着人类生存和生活不断增长的需求，潜水技术发展的历史表明，不论从远古的“探索海洋”、到后来的“利用海洋”、一直到现代的大规模“开发海洋”，人类都有一个共同的愿望：在水下能潜得深一些，在水底停留时间能更长一些，并能有效地进行作业，作业完成后还能安全地返回水面。

饱和潜水技术是目前公认的向深海进军的标准承压潜水方式，获得了很高的评价，从潜水技术发展阶段来看，人类已进入饱和潜水时代。随着现代高科技的发展，人类已面临常压潜水系统和无人遥控潜水器的挑战，但由于这两个系统主要是靠水下电视及机械手进行作业的，毕竟还是无法替代潜水员的双手所能进行的复杂作业。因此，在可预见的将来还不存在完全取代潜水员直接下潜作业的前景。

专家指出，饱和潜水技术在海洋开发、国防建设、经济建设中将会展现前所未有的发展前景，如何加快研究进度，解决关键技术难点，提高综合技术保障能力，以适应海洋经济发展对潜水技术的需求，更好地为海洋开发事业服务，发挥特有的作用，将成为新的挑战。为了提高实际饱和潜水的能力，加快将研究成果转化为实际潜水能力，我国还应加强科研与产业结合，结合海洋石油开发和海军潜水作业需求，开展具有实际应用背景的潜水技术研究，加强训练和推广应用。同时，根据在应用中发现的医学等技术回答开展相关研究，真正将我国的饱和潜水技术用于实践。

海洋蕴藏着丰富的、可满足人类生存发展需要的众多资源，是人类实现可持续发展的宝贵财富。21世纪是海洋经济时代，是人类全面保护海洋和开发海洋的时代。将来，从调查、勘探到开采作业，大深度饱和潜水技术将具有更为广阔的发展前景，向更深、更广的领域发展将是日后海洋开发长期的主题。