非飽和原狀土土-水特征曲線及本構(gòu)模型的研究.pdf

1、原狀土具有一定的結(jié)構(gòu)性，主要以非飽和狀態(tài)存在于自然界中。與飽和土不同，非飽和土是由土粒(固相)、孔隙水(液相)、孔隙氣(氣相)和液-氣交界面四相體系構(gòu)成的。這四相體系的變化是影響土結(jié)構(gòu)性的內(nèi)因，外因(如外力或吸濕)則是通過影響內(nèi)因起作用的。因此，原狀土的力學(xué)性能要比室內(nèi)重塑土的復(fù)雜得多。若采用室內(nèi)重塑土的試驗結(jié)果去解決實際工程問題，則可能會造成安全隱患或不必要的經(jīng)濟浪費。因此，在建立非飽和土本構(gòu)模型中考慮土結(jié)構(gòu)性的影響具有重要的理論意義

2、和應(yīng)用價值。
　　 本文針對非飽和原狀土開展了室內(nèi)試驗研究和理論研究工作，并取得了以下研究成果：
　　 (1)利用FredlundSWCC壓力儀對北京市平谷新城區(qū)不同深度處的原狀粉質(zhì)粘土進行了室內(nèi)的土水特征曲線(Soil-WaterCharacteristicCurve，SWCC)試驗研究，并考察了土體初始孔隙比對土水特征曲線的影響。最后采用Brooks&Corey給出的土水特征曲線方程對實驗結(jié)果進行了擬合和分析。分析結(jié)

3、果表明：孔隙比對這種原狀粉質(zhì)粘土土水特征曲線的進氣值sα和孔隙分布指數(shù)δ的影響比較大，而對殘余含水量θr的影響相對較??；
　　 (2)分別給出了Assouline土水特征曲線方程中參數(shù)ζ和υ與土體孔隙率n之間的關(guān)系式，并利用已有實測數(shù)據(jù)對所提出的關(guān)系式進行了驗證，結(jié)果表明：該關(guān)系式能夠較好的反映參數(shù)隨孔隙率增加或減少的變化規(guī)律；將所給出的關(guān)系式與Assouline(1998)所給出的土水特征曲線方程相結(jié)合，給出了七種不同土(包括

4、原狀粉質(zhì)粘土)的預(yù)測結(jié)果和實測結(jié)果的對比，結(jié)果表明：本文所給出的方法對這七種土都能給出比較好的預(yù)測結(jié)果；
　　 (3)在Desai提出的擾動變量的基礎(chǔ)上提出了適用于描述非飽和土結(jié)構(gòu)性劣化的耦合擾動狀態(tài)變量的概念，該擾動變量可表示為吸濕擾動變量和外力擾動變量的函數(shù)。給出了耦合擾動變量的演化方程，方程中定義了新的結(jié)構(gòu)性參數(shù)衰減指數(shù)α和峰值強度因子β。在復(fù)合材料均勻理論以及Alonso(1990)提出的BBM模型的基礎(chǔ)上建立了適用于非

5、飽和原狀黃土的結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型。通過將新模型、BBM模型的預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比以及對結(jié)構(gòu)性參數(shù)進行分析說明，新模型能夠更好的描述原狀土體的力學(xué)特性，所提出的耦合擾動狀態(tài)變量的概念及其演化方程也是合理和可靠的；
　　 (4)應(yīng)用上述研究成果，并采用復(fù)合體均勻化理論的思想，建立了考慮水的滯后性與土骨架變形耦合的非飽和原狀土本構(gòu)模型。模型中采用了非飽和土骨架有效應(yīng)力σ和基質(zhì)吸力s作為應(yīng)力狀態(tài)變量。其中，相對完整狀態(tài)土和完全調(diào)整狀態(tài)