非飽和土等效固結(jié)變形分析方法試驗(yàn)研究.pdf

1、非飽和土的固結(jié)變形特性及分析方法一直是土力學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).由于非飽和土是一種三相的多孔介質(zhì),不僅其固相、液相和氣相之間具有復(fù)雜的相互作用,而且還存在具有力學(xué)效應(yīng)的復(fù)雜多變的收縮膜,以及具有物理形態(tài)變化和化學(xué)變化作用的可溶性礦物. 因此,非飽和土力學(xué)特性研究中僅依據(jù)吸力特征量來反映固、液和氣相及收縮膜之間的聯(lián)系是不夠的.不論是基于有效應(yīng)力單變量建立的固結(jié)分析方法,還是基于雙變量建立的固結(jié)分析理論,在認(rèn)識(shí)非飽和土固結(jié)變形特性上均存

2、在許多假定.本文摒棄了非飽和土力學(xué)中用有效應(yīng)力單應(yīng)力變量和凈應(yīng)力與基質(zhì)吸力雙應(yīng)力變量來研究非飽和土固結(jié)變形特性的思想,提出將復(fù)雜多變的非飽和土固、液、氣三相及收縮膜和礦物成分性態(tài)表觀作用等效為骨架相和流體相,前者既能夠抵抗壓力作用,又能夠抵抗剪切作用,后者只能抵抗壓力作用,且能夠相對(duì)于骨架相產(chǎn)生運(yùn)動(dòng).等效骨架相應(yīng)力不僅包括土粒骨架之間的作用力,還包括收縮膜的加固作用、易溶礦物成分的膠結(jié)作用以及靜電應(yīng)力作用等；等效流體相則包含了收縮膜兩側(cè)

3、具有流動(dòng)特性的孔隙水和孔隙氣.從而將非飽和土復(fù)雜多變的多相簡(jiǎn)化為等效骨架相和等效流體相,將復(fù)雜的非飽和土固結(jié)問題簡(jiǎn)化為兩相耦合作用問題.固結(jié)變形穩(wěn)定時(shí)作用于土單元體上的應(yīng)力就是相應(yīng)土性狀態(tài)等效骨架相承擔(dān)的應(yīng)力,即等效骨架相應(yīng)力；固結(jié)變形過程中等效流體相相對(duì)于等效土骨架相的運(yùn)動(dòng),是在等效流體壓力梯度作用下的運(yùn)動(dòng),伴隨著等效流體壓力的消散.基于上述觀點(diǎn),依據(jù)非飽和土的壓縮應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系就可以得到對(duì)應(yīng)于不同壓縮應(yīng)變的等效骨架相應(yīng)力,依據(jù)壓縮應(yīng)力

4、應(yīng)變關(guān)系就可以確定固結(jié)過程中不同時(shí)刻的等效骨架相壓縮應(yīng)力.總的附加壓縮應(yīng)力中扣除等效骨架相應(yīng)力后就可得到等效流體壓力的發(fā)展變化規(guī)律,從而首次提出了等效骨架相應(yīng)力和等效流體壓力確定的方法. 大量的非飽和土固結(jié)實(shí)驗(yàn)研究表明非飽和土具有顯著地瞬時(shí)壓縮變形,隨時(shí)伺發(fā)展的壓縮變形包含了瞬時(shí)變形、固結(jié)變形及流變變形.本文基于瞬時(shí)變形、固結(jié)變形的發(fā)展變化,分別確定了整個(gè)壓縮變形過程和固結(jié)變形過程中,等效骨架相及等效流體相應(yīng)力的變化規(guī)律.等效骨

5、架相應(yīng)力隨固結(jié)變形的發(fā)展而增大,等效流體相壓力隨固結(jié)變形的發(fā)展而減小.指出在隨時(shí)間發(fā)展變化的附加荷載作用下,固結(jié)變形過程必然耦合瞬時(shí)變形的發(fā)展. 本文基于非飽和土等效骨架相和等效流動(dòng)相的傳力機(jī)理及它們的發(fā)展變化規(guī)律,提出了非飽和土等效固結(jié)物理模型.在荷載作用的瞬時(shí),非飽和土產(chǎn)生瞬時(shí)壓縮變形,伴隨產(chǎn)生等效流體相壓力；固結(jié)過程中等效流體壓力逐漸消散；最終等效流體相壓力消散為零. 依據(jù)不同濕度、不同密度的非飽和土單向壓縮固結(jié)試

6、驗(yàn),分析瞬時(shí)壓縮變形特征及等效兩相介質(zhì)的固結(jié)系數(shù)變化規(guī)律.固結(jié)變形過程中的體積變形量與等效流體相壓力之間具有線性變化規(guī)律,這就說明固結(jié)變形過程中等效流體相相對(duì)于等效土骨架相的運(yùn)動(dòng),確實(shí)是在等效流體壓力梯度作用下的運(yùn)動(dòng). 本文依據(jù)等效兩相應(yīng)力狀態(tài)量的變化規(guī)律,等效流體相的運(yùn)動(dòng)特性,等效骨架相的變形特性,在假定等效兩相均不可壓縮條件下,建立了非飽和土一維等效固結(jié)分析方法.該分析方法與瞬時(shí)壓縮變形分析一起能夠描述非飽和土地基的固結(jié)變形