本文關(guān)鍵詞：基于熱力學與微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律的非飽和土土水特征曲線模型

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【摘要】：土水特征曲線(Soil-WaterCharacteristicCurve,簡稱 SWCC)表征了非飽和土中飽和度Sr(或體積含水量)與基質(zhì)吸力(或土水勢)s間的關(guān)系,它是進行非飽和土流-固耦合、非飽和土變形與強度、以及污染物在非飽和土中運移等研究的關(guān)鍵問題之一。本文針對土水特征曲線與土體變形間的耦合問題,進行了一系列的研究,主要工作包括以下幾個方面:(1)基于壓汞、電鏡掃描等試驗成果,本文首先從微觀的角度出發(fā),揭示了吸力變化時非飽和土微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律,通過建立孔隙分布曲線與孔隙比之間的關(guān)系,推導出一個能預測吸力增加時孔隙分布曲線變化的數(shù)學模型。該模型中,隨著吸力增大,孔隙分布曲線可由初始參考曲線通過三個變化得到:平移、縮放以及分散;經(jīng)分析,模型中的縮放量、平移量與孔隙比呈線性關(guān)系,而分散程度與孔隙比服從單指數(shù)衰減。經(jīng)與多組試驗數(shù)據(jù)比對,所提出的數(shù)學模型能較好地預測孔隙分布曲線的變化,再現(xiàn)干化過程中非飽和土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的演化。(2)土體微觀結(jié)構(gòu)對非飽和土的滯水特性影響巨大,許多模型試圖將孔隙分布與滯水曲線相聯(lián)系,然而大多數(shù)模型忽略干濕過程中土體的微觀結(jié)構(gòu)變化,如孔隙分布、顆粒大小和形狀、顆粒間距離等的變化。此外,吸附水含量變化的影響也并未考慮。本文基于干濕過程中孔隙分布曲線的變化規(guī)律,建立了一個能綜合考慮水力路徑下,顆粒幾何尺寸變化、吸附水影響等因素的土水特征曲線模型。隨后,對一些試驗進行模型預測,預測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)對比表明,模型能較好的反映干濕路徑下,土體微觀結(jié)構(gòu)對土-水特征曲線的影響。(3)基于熱力學內(nèi)變量理論,建立一個能同時考慮非飽和土體積變形與毛細滯回效應影響的土水特征曲線模型。由熱力學第二定律的推演可知:塑性變形與毛細滯回現(xiàn)象實際上是一種耗散行為;飽和度與吸力間的變化關(guān)系不唯一原因在.于飽和度變化不僅與液相變化相關(guān),也受到固相變化的約束和影響,即液相體積變化和固相體積變形間存在耦合作用。從微觀物理機制上揭示了變形與吸力間的相互作用以及滯回現(xiàn)象發(fā)生機理,基于此建立以一個能夠綜合考慮滯回效應與變形的SWCC一般性模型。利用邊界面理論,通過引入兩個新參數(shù),建立了一個簡化的可同時考慮塑性孔隙變化及毛細滯回效應的新模型。通過模型預測與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)進行了比對驗證,計算結(jié)果證明該模型不僅能考慮土體變形的影響,同時能較為準確地模擬毛細滯回行為,模型預測結(jié)果與實測數(shù)據(jù)吻合較好。(4)基于上述土水特征曲線模型,采用多孔介質(zhì)理論,通過推導建立了一個非飽和土水力-力學耦合本構(gòu)模型。模型預測和試驗數(shù)據(jù)對比表明:所提模型能較好的模擬非飽和土水-力學耦合行為,預測結(jié)果基本與試驗結(jié)果吻合。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU43

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2 卞祚庥;白云;葉為民;陳寶;朱合華;;非飽和土的土水特征曲線[A];2004年度上海市土力學與巖土工程學術(shù)年會論文集[C];2004年

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6 張丙印;王昆泰;;非飽和土污染物抽氣清除法及有限元模型[A];中國土木工程學會第九屆土力學及巖土工程學術(shù)會議論文集（下冊）[C];2003年

7 王成華;李廣信;王真;;確定非飽和土滲透系數(shù)的間接方法簡評[A];中國土木工程學會第九屆土力學及巖土工程學術(shù)會議論文集（上冊）[C];2003年

8 李向東;羅曉輝;吳瑞麟;;非飽和土損傷模型與應用[A];第16屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議論文集（第Ⅱ冊）[C];2007年

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