天然沉积土一般都具有初始各向异性。在复杂的应力路径的作用下,各向异性的天然结构性土的强度与变形一般与重塑土不同。自然界尤其是天然沉积的天然土是由许多颗粒在相对静水中沉积而成,由此导致一个K 0固结过程。天然土的材料特性诸如硬度、强度和水力特性在竖直和水平方向不尽相同,但在水平方向基本表现为常量,这就是所谓的横观各向同性或正交各向异性。复杂的加载及边界条件下不同应力路径的作用也会引起天然土的各向异性变形特征。另外,海水的波浪荷载和在海洋沉积土上的建筑物荷载都会引起天然土中主应力大小及方向的变化。外荷引起的天然土的应力应变在主应力从沉积方向发生偏转后必然会产生改变,并由此影响天然土的强度。曾有人对世界范围内40多种天然黏土进行研究,发现土的屈服面都表现出强烈的各向异性,例如K 0加载条件下的屈服应力是各向同性加载的1.6倍[112～113](Leroueil和Vaughan,1990,Diaz-Rodriguez等,1992)。Tavenas和Leroueil[114](1979)发现天然土的极限状态屈服面都或多或少地关于K 0线对称分布。Cudny[115](2003)认为这些各向异性特性一般都源自于天然沉积或人工击实过程。Dafalias和Wheeler[116～117]通过室内试验和本构理论研究了各向异性对土变形特性的影响。
天然土的各向异性决定了潜在滑动面上土的强度是不相同的[118](Zdravkovic等,2002)。土工建筑物例如堤坝的建设也会导致天然地基中土的主应力发生较大的偏转。当主应力偏转角为0时,一般土强度最大；随着主应力偏转角的增加,土强度减小。在目前的设计理论中,人们在选用土的强度和变形指标时还没有考虑到结构性和各向异性对天然土的渐进变形破坏产生的影响。常规设计中各向同性的假定往往使土工建筑物的设计高度(荷载大小)具有不确定性。最简单的一个例子,采用直剪强度指标往往会低估堤坝的设计高度,而采用三轴压缩强度指标又可能会高估堤坝的设计高度。实际上堤坝地基中大部分土并不完全都是处于直接单剪或三轴压缩状态。(www.xing528.com)
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