【摘要】：無論是300m級高壩,還是高陡邊坡、大型地下工程建設(shè),均無一例外地涉及復(fù)雜賦存環(huán)境下巖土體滲流、變形與穩(wěn)定控制問題。巖土體滲流與變形的耦合作用以及多場多相耦合過程既是近30年來國際巖土力學(xué)領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn),也是大型水利水電工程、深部巖體工程、核廢料地質(zhì)處置工程等建設(shè)中迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。本文以非飽和土為主要研究對象,以土體細(xì)觀結(jié)構(gòu)及其演化為基礎(chǔ),緊密圍繞非飽和土水力耦合機(jī)理的量化描述、耦合過程的精細(xì)模擬、耦合效應(yīng)的工程控制這一核心科學(xué)問題,重點(diǎn)開展了非飽和土水力全耦合本構(gòu)模型及數(shù)值模擬方法等內(nèi)容的研究。主要研究成果如下： (1)建立了考慮顆粒黏結(jié)效應(yīng)的非飽和土彈塑性本構(gòu)模型 大量研究表明,非飽和狀態(tài)下土體顆粒間的黏結(jié)效應(yīng)對其變形具有顯著影響。采用單位接觸面積上彎液面引起的黏結(jié)力,定義了黏結(jié)因子這一具有嚴(yán)格物理意義的獨(dú)立變量,用以表征顆粒黏結(jié)效應(yīng)對非飽和土力學(xué)特性的影響。基于試驗(yàn)成果,建立了黏結(jié)因子與孔隙比的內(nèi)在聯(lián)系,推導(dǎo)了加載一濕陷屈服方程,并在修正劍橋模型的框架下建立了三軸應(yīng)力狀態(tài)下非飽和土的彈塑性本構(gòu)模型。與經(jīng)典的巴塞羅那模型(Barcelona Basic Model, BBM)相比,該模型僅采用單一屈服面(BBM有2個),模型參數(shù)較少(8個,較BBM少4個參數(shù)),且物理意義明確,均可通過常規(guī)試驗(yàn)確定。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明,該模型不僅具備BBM模型所有的描述能力,還能夠描述脫濕引起的彈塑性變形等復(fù)雜力學(xué)特性。 (2)建立了考慮變形效應(yīng)的土水特性與滲透特性演化模型 在水力耦合過程中,土體變形及孔隙分布演化對其土水特性具有顯著影響。盡管土體孔隙分布的演化模式較為復(fù)雜,但試驗(yàn)研究表明,土體在變形過程中,孔隙分布的基本形態(tài)未發(fā)生顯著變化、統(tǒng)計分布特征基本不變。以參考狀態(tài)孔隙分布函數(shù)為基礎(chǔ),經(jīng)平移和縮放給\，

本文編號：2394172