非飽和原狀土土-水特征曲線及本構模型的研究.pdf

1、原狀土具有一定的結構性，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成的。這四相體系的變化是影響土結構性的內因，外因(如外力或吸濕)則是通過影響內因起作用的。因此，原狀土的力學性能要比室內重塑土的復雜得多。若采用室內重塑土的試驗結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濟浪費。因此，在建立非飽和土本構模型中考慮土結構性的影響具有重要的理論意義

2、和應用價值。
　　 本文針對非飽和原狀土開展了室內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粘土進行了室內的土水特征曲線(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果進行了擬合和分析。分析結

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

4、原狀粉質粘土)的預測結果和實測結果的對比，結果表明：本文所給出的方法對這七種土都能給出比較好的預測結果；
　　 (3)在Desai提出的擾動變量的基礎上提出了適用于描述非飽和土結構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。給出了耦合擾動變量的演化方程，方程中定義了新的結構性參數衰減指數α和峰值強度因子β。在復合材料均勻理論以及Alonso(1990)提出的BBM模型的基礎上建立了適用于非

5、飽和原狀黃土的結構性本構模型。通過將新模型、BBM模型的預測結果與試驗結果進行對比以及對結構性參數進行分析說明，新模型能夠更好的描述原狀土體的力學特性，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)應用上述研究成果，并采用復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模型。模型中采用了非飽和土骨架有效應力σ和基質吸力s作為應力狀態(tài)變量。其中，相對完整狀態(tài)土和完全調整狀態(tài)