非饱和土耦合本构模型的三维化

非饱和土本构关系模型通常是建立在修正剑桥模型的基础上,并采用了广义的von Mises准则,以描述非饱和土在一般应力状态下的本构行为。该准则假设在π平面上屈服面是个圆形,高估了土体除三轴压缩以外的强度,在平面应变中也会错误估计中主应力比。空间滑动面破坏准则（SMP）考虑了第三应力不变量的影响,屈服面在π平面上为曲边三角形,可以较好地描述一般应力状态下土体的剪切屈服和破坏特性。采用变换应力方法,将SMP准则应用到最近建立的非饱和土耦合本构模型中使其合理的三维化,能够有效地将模型从轴对称应力状态扩展至一般应力状态。根据与试验结果对比表明,改进后的模型在不增加任何参数的情况下,能够较好地模拟非饱和土在三轴伸长等一般应力状态下的行为特性。     

水合物赋存模式对含水合物土力学特性的影响

基于非饱和制样法(US法)和饱和试样气体扩散制样(SD法)2种制样方法,利用三轴剪切试验研究不同水合物赋存模式对含CO2水合物土力学特性的影响规律。试验结果证实水合物的赋存模式及其含量对含水合物土的力学特性存在重要影响,微观机制分析表明：US法制得试样属于胶结赋存模式,该模式表现出典型的胶结土的结构特性,而 SD 法制得试样根据水合物含量不同,属于填充模式、接触模式和透镜体模式,显示出明显的颗粒摩擦材料的力学特性,但由于水合物的破碎损伤效应也会导致应变软化现象。最后,利用有效水合物饱和度的概念,提出能考虑2种水合物形成模式下抗剪强度预测的经验公式。     

NaCl溶液对高岭土收缩特性的影响

为了探究孔隙盐溶液对高岭土收缩特性的影响,对6组试样分别用不同浓度的NaCl溶液饱和,进行室内收缩实验,获得了试样的收缩曲线。随着水分的散失,试样的含水率减小,孔隙盐溶液的浓度会增大。利用TableCurve 3D软件作出含水率、浓度和孔隙比的三维关系图像,并进行拟合得到三变量函数。根据该函数,可以得出不同孔隙盐溶液浓度下试样的孔隙比随含水率的变化规律,及试样的收缩特性。试验结果分析表明:随着NaCl溶液浓度的增大,试样的体积收缩增大,收缩能力增强;试样的收缩系数、轴向应变、径向应变和体积应变等收缩指标均随着盐溶液浓度的增大而增大,但是NaCl溶液浓度对高岭土的缩限影响很小。     

细粒迁移及组构变化对黏土渗透性影响的试验研究

为进一步探究水化学环境下土体渗透性的变化规律及作用机理,对饱和重塑压实黏土样在不同水化学条件及渗流路径下进行了一系列变水头渗透试验,分析了不同浓度的NaCl溶液在不同渗流路径下对饱和黏土渗透性的影响。结果表明：不同干密度试样的渗透性随浓度增加展现出较大的差异,干密度为1.40 g/cm³时,渗透系数呈先升后降,而干密度为1.50 g/cm³时,渗透系数不断降低;逆转渗流方向,试样渗透系数发生突变;孔隙盐溶液浓度周期性变化,试样渗透性不可逆。基于核磁共振（NMR）分析技术,测试了土体内部孔隙结构分布随孔隙盐溶液浓度的变化。最后基于上述试验结果从细粒迁移产生的孔隙堵塞效应和组构改变引起的孔隙封闭效应两个方面,解释了孔隙盐溶液浓度变化对黏土渗透性的影响。     

桂林雁山红粘土的土-水特征试验

采用压力板仪对重塑红粘土在不同干密度条件下进行脱湿试验,得到了相应的土-水特征曲线.采用常用的van Genuchten模型、Fredlund 4模型对实测的土-水特征曲线进行了拟合,其拟合结果较好.试验结果表明：干密度越大、进气值越高,试样在相同基质吸力下干密度大的试样含水量更高.将红粘土的土-水特征曲线与干密度非常接近的贵州地区玄武岩红土进行了对比,发现红粘土的持水能力要比其他类型的粘土更强.     

水化学环境变异下黏土物理力学特性研究进展

水化学环境变异对黏土力学特性具有很重要的影响。分别从物理力学试验分析和理论描述2个方面论述了水化学环境变异对黏土力学特性影响这一方向课题的研究现状。通过分析归纳可知:目前对于以蒙脱石含量为主的膨润土的研究较为透彻,得出了较为一致的规律并且揭示了其影响机理;对于高岭土和一般性黏性土在水化学环境变异下的响应规律揭示不清,机理阐明不清,需要进行系统完整的试验研究;同时,目前的土力学理论框架难以考虑水化学变异的影响,需要建立新的能考虑化学-力学耦合的土力学理论框架。最后,总结这一研究方向亟待解决的科学问题和后期的发展前景。     

天然气水合物沉积物的强度模型

建立有效描述含天然气水合物（以下简称“水合物”）沉积物强度特性的强度模型是水合物开发前必须解决的关键问题之一。在调研前人对含水合物沉积物强度试验结果的基础上,分析了水合物存在对土体强度的两种影响机理,分别是水合物作为持力体分担土骨架部分应力以及土颗粒之间的胶结作用。在此基础上,把含水合物沉积物视为复合材料（土颗粒骨架相和水合物相复合）进行考虑,建立了含水合物沉积物的强度模型,该模型能较好地反映不同水合物赋存模式、不同水合物含量、不同围压作用下的含水合物沉积物的强度特性。同时,该模型还能很好地反映细粒土中水合物形成后内摩擦角的减小。然而,由于前期相关试验数据的缺乏,该模型的一些关系式还有所欠缺,在后期的工作中需要进一步的优化。     

初始孔隙比对重塑膨润土压缩特性的影响

针对工程建设中日益彰显的软土地基病害,结合研究中的不足与实际工程需要,运用压实法制作了８组不同干密度试样,研究不同初始孔隙比重塑饱和膨润土的压缩性状。试验结果表明：膨润土ｅ－ｌｇσ_ｖ′压缩曲线呈现类似天然沉积土的倒“Ｓ”形压缩曲线,存在天然沉积土般的结构性及固结屈服压力。由于膨润土的固有特性以及孔径分布等的影响,不同孔隙比的压缩曲线存在明显差异,初始孔隙比大的压缩曲线位于初始孔隙比小的压缩曲线上方。根据Ｂｕｒｌａｎｄ的固有压缩理论,可以对重塑饱和膨润土进行良好归一化。     

天然气水合物开采的土力学问题：现状与挑战

有效确定含天然气水合物（以下简称水合物）沉积物的工程力学特性并厘清其随水合物分解过程的变化规律，是实现水合物安全、高效开采的前提和保证。为此，围绕水合物开采过程所涉及的关键土力学问题，从物理力学特性的关键测试技术、沉积物的力学特性、含水合物沉积物的物理力学模型、水合物开采过程土力学多场耦合数值模拟等方面，分析和评述了国内外最新相关研究现状、存在的缺陷与不足，进而探讨了上述研究方向未来的发展趋势。结论认为,尽管经过20多年来的发展，有关水合物开采的理论、方法和技术均取得了显著的进展，但从岩土力学的角度来看，目前仍然面临着以下挑战：①大尺度含水合物沉积物试样的人工制备；②含水合物沉积物微细观组构的精细探测与定量表征；③组构变化对含水合物沉积物力学特性的影响机理与规律；④开采扰动下，流沙发生的条件及对储层稳定性的影响机制；⑤开采扰动下，多相多组分含水合物储层的多过程耦合问题；⑥水合物分解/生成条件下，含水合物沉积物的本构响应；⑦有关水合物开采过程数学模型的适定性问题；⑧高效稳定的水合物开采过程数值模型的全耦合解法。     

氯化钠溶液对粘性土的强度影响

试验证实水化学状态变化对于以蒙脱石为主要矿物成分的粘性土的力学特性存在明显影响,但对于其他的普通粘性土却缺乏类似的研究。本文以普通粘性土（粘土矿物成分为高岭石、伊利石和蛭石）为研究对象,利用直接剪切试验研究了不同浓度氯化钠溶液饱和粘性土的强度特性,得出了以下结论：孔隙水化学状态的改变对粘性土强度有明显影响,在低竖向压力下,土体强度随盐溶液浓度的增大而减小;而在相对较高竖向压力下,土体强度随盐溶液浓度变化不大;对于该类粘性土,盐溶液浓度的提高会降低粘聚力,但对内摩擦角影响不大。该试验结果说明盐溶液产生的孔隙水化学作用除了减小双电层厚度还会改变粘性土的孔隙状态和结构,从而改变剪切过程中的变形破坏形式及强度特性。也就是说,普通粘性土对水化学状态改变展现出的强度变化规律也可以采用吸附电子双层理论来进行解释,但是必须考虑其对土体组构的影响。