土力学趣话（新年篇）

SWCC是什么，新的手机牌子，2亿像素？

不！SWCC可不是小米CC 9那样的手机牌子，其全称为the Soil Water Characteristic Curve，即土壤水分特征曲线（土水特征曲线），是用于描述非饱和土含水量和土吸力之间本构关系的函数曲线，其最早由土壤物理学家Edgar Buckingham画出。在1907年，其画出了六种土质结构各不相同的六种土壤的土水特征曲线，这些土的分类涵盖了砂土和粘土。目前，由于土水特征曲线能够反映非饱和土的渗透性和抗剪强度等特性，其被岩土工程界视作是非饱和土的基本性质。（回想在土力学中，我们在学完渗透性之后是不是就慢慢开始学土体强度特性了？当时我们把土体的两个性质分开学，而现在只要测出一条曲线，就能既把土体的渗透性和强度都通过数学模型推导出来，是不是很省事情？）

上几个图

IDC：初始脱湿曲线，经充分饱和的土壤，在脱水（或称脱湿，Drying）的过程中，测得的土壤水分特征曲线。脱湿过程中土壤含水率减小，土壤基质势增大；

MWC：主吸湿曲线，在试样达到相当大的吸力（在此吸力下，土壤含水率不因吸力的增加而有明显的变化，一般称该吸力下的土壤含水率为残留含水率）后，重新吸水（吸湿，Watering）所得的曲线；

MDC：主脱湿曲线，从饱和状态再次脱湿得到的土水特征曲线；

PWSC（PDSC）：初始脱（吸）湿曲线，土壤在主脱（吸）湿过程中某一时刻（A或C点）改变运动轨迹，得到的新曲线。在B或D点改变状态得到的曲线则为第二次脱（吸）湿曲线，以此类推。

进气值（air entry value）：指引起土体内部最大孔隙中产生减饱和（“进气”）所必须的水、气压力差。当吸力达到了进气值后，含水量就会随着吸力的增加而大幅度下降，意味着土中孔隙开始发生进气。

从上面两张图中可以看出，一般的土水特征曲线基本上都是S形（sigmoidal）单峰（unimodal）曲线，当然，也有呈现为双峰（bimodal）曲线的SWCC，如下图：

有的小伙伴可能发现，前两幅图中，曲线的横纵坐标都不一样，但其实表达的是同一个意思，我们可以将土水特征曲线中出现的饱和度、含水量、含水率、质量含水率、体积含水率等视为同一类因素（反映土壤中水含量的情况），而将基质势、基质吸力、吸力等视为另一类因素（反映土壤的持水能力）。

另外，前两幅图都表现了土水特征曲线描述的并不是自变量与因变量之间的单值函数关系：土壤在吸湿和脱湿两个阶段下，即使在同一含水率下，土体的吸力都是不相同的，对一般的土水特征曲线而言，在一个特定的含水量下，脱湿（干燥）过程的吸力值要高于吸湿阶段的吸力，这种现象被称为滞后现象。

土水特征曲线的滞后作用在任何质地的土中都存在，但影响的程度不同，土质越轻，滞后的影响越大。目前学界分析滞后现象产生的原因主要有三个：①土中孔隙尺寸大小的差异，大孔隙较易进水和脱水，小孔隙则反之，因此脱水过程中小孔隙内残留的水使含水量要高于吸水时的含水量；②在不同大小的孔隙与相互连通的孔隙喉道之间的尺寸差别（即“瓶颈效应”）， 也会导致脱水时含水量高、吸水时含水量低的结果；③另外脱水与吸水过程也决定着水—气分界面接触角的大小，脱水时小、吸水时大，接触角大小的不同就决定了水的滞留特性的不同，这种现象被称为水珠效应。

土水特征曲线还有更多能向大家讲述的的内容，如：怎样测得SWCC，不同的测试方法有什么区别（用数码评测的方式对比不同测试设备的优缺点，对这点有兴趣，且有意愿一同实现它的小伙伴欢迎私信我）；进气值到底是什么，它对工程有什么影响；如何建立模型对已有数据点进行拟合，得到SWCC的拟合模型等等。

土水特征曲线反映的是土壤在不同含水量状态下的持水能力大小，想要对这方面内容有更多了解可以参考Fredlund所编著的《非饱和土力学（Soil Mechanics for Unsaturated Soils）》或卢宁（Ning Lu）等编著的《非饱和土力学（Unsaturated Soil Mechanics）》，二者在非饱和土力学界均为大牛，亦可参考一些农业方面关于SWCC曲线的研究，毕竟，其起源于农业界关于土壤的研究。

#小剧场#

学了非饱和土力学之后，小冰本想趁着寒假的时间留在学校完整测一遍SWCC，忙活了大半个月，却发现大半个月，才刚刚把试样装好，农历新年降至，小冰准备回家，用滴滴打了一辆车，回家路上与晓楠抱怨试验周期太长了。挂断电话之后，一旁的司机师傅开始了一如既往的问候环节：“同学你是哪个大学的啊？”

“我是中南铁道学院的。”

“铁道学院的啊，是个二本院校吧，毕了业工作不好找啊！小同学要努力学习，争取读研读博，不要怕吃苦。还有就是不要成天迷那些手机啊，电脑啊。我看你现在这个手机就挺好的嘛，干嘛要去换个什么CC，那个牌子我知道，不就有1亿像素吗，平时扫个二维码我估摸着也不用那么高的像素吧。”

小冰：“emmmm。。。师傅新春快乐！”

#大神课堂#

Fredlund亲自教你土水特征曲线

https://www.issmge.org/education/recorded-webinars/the-soil-water-characteristic-curve-swcc

#还有两句#

开头那是骗你们的，SWCC并没有那么好测。

关注这个up主，一起来学土力学。