膨胀性非饱和土水力和力学性质的弹塑性模拟

Alonso等人提出的非饱和土弹塑性本构模型(BBM),不能用于预测膨胀性非饱和土的力学性质。现有的膨胀性非饱和土的弹塑性模型(BExM),其微观参数及微宏观变形的转换关系确定非常困难。从宏观角度,在已有的非膨胀性非饱和土水力特性和力学性质耦合的弹塑性本构模型的基础上,发展和建立了一个可预测非饱和膨胀土的水力特性和力学特性的弹塑性本构模型。模型引入不同形状的等孔隙比线与屈服线,并考虑了变形对土水特性的影响。对已公开发表的非饱和膨胀土的试验结果进行预测,包括常净应力的吸湿试验,吸力不变的等向压缩试验及三轴剪切试验。预测结果表明该模型能够定量的描述膨胀性非饱和土的水力和力学特性。     

非饱和土的热-水力-力学本构模型及数值模拟

在CAP模型的基础上提出了一个非饱和土的热-水力-力学本构模型,着重考虑了温度对于非饱和土的水力-力学性质的影响.基于实验结果和前人的工作,在模型中重现了热软化现象,计及了温度升高导致土壤前固结压力的降低和非饱和土吸力增加屈服线(SI)中临界吸力值的降低.应用该模型进行了数值模拟计算,通过模拟结果和实验结果的比较,验证了模型的适用性和可靠性.     

降雨条件下非饱和土中污染物迁移的数值模拟

利用溶质传递方程与非饱和土非稳态渗流方程联立耦合,建立了非饱和土污染物迁移模型.采用有限元数值分析的方法,模拟了土体非饱和带中污染物在降雨条件下的迁移过程,研究了无降雨、连续降雨和间断降雨条件下土体非饱和带中孔隙水压力和含水量变化以及污染物的迁移规律.研究结果表明,非饱和带污染物浓度随着时间增加逐渐增大,达到峰值后逐渐...     

非饱和土渗流-变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE(Partial differential equation)软件对该耦合方程组进行求解分析.该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量.与解析解相比,该数值解表现较高的精度,...     

非饱和土的热-水力-力学本构模型及数值模拟

在地热资源开发与利用、核废料地质处理、垃圾填埋场等诸多岩土工程领域都需要考虑温度对非饱和土性质的影响。为了更为全面描述非饱和土在热-水-力耦合条件下的变形及持水特性,以平均土骨架应力、修正吸力和温度为应力变量,以比体积和饱和度为应变变量,建立了一个非饱和土热-水-力全耦合本构模型。模型通过屈服面方程及屈服面之间的耦合规律来反映热-水-力之间的相互影响,主要包含温度和饱和度对力学特性的影响,吸力和超固结比（应力历史）对热变形的影响,密度、温度和滞回效应对持水特性的影响,温度、应力和滞回效应对干化及湿化变形的影响。利用建立的模型,对不同应力路径下的试验进行预测。通过预测与试验结果的对比,验证了模型的适用性。

     

热-水力-力学-传质耦合过程模型及工程土障数值模拟

提出了一个非饱和多孔介质中的热-水力-力学-传质耦合过程模型.利用文献[1]中提出的热-水力-力学本构模型,对工程土障系统进行数值模拟.数值模拟结果显示了环境条件对废物场中的热量产生和传输过程对工程土障中水力-力学行为的影响以及可能在工程土障中产生塑性应变,导致土障破坏.污染物浓度分布的数值结果显示了温度与降水过程对污染物随地下水向土障周边自然环境渗透的倾向.数学模型及所发展的有限元求解过程可以为评估土障系统长期工作的有效性和土障系统的合理设计提供有力的工具.     

粘土岩饱和–非饱和渗流应力耦合模型及数值模拟研究

岩体中饱和–非饱和渗流、应力耦合行为对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果,将考虑塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型、Hoek-Brown非饱和渗流、应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井,研究其在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程,以及竖井的非饱和流动区域大小对水力学参数(Biot固结系数、饱和度与毛细孔隙压力、水相的相对渗透系数与饱和度)的敏感性。结果表明:水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著,尤其是水相的相对渗透系数与饱和度的关系。力学模型的差异对非饱和区的影响几乎可以忽略不计。     

粘土岩饱和-非饱和渗流应力耦合模型及数值模拟研究

岩体中饱和-非饱和渗流、应力耦合行为对工程岩体的强度和稳定性有十分重要的影响。基于粘土岩实验室非饱和渗流试验的结果，将考虑塑性应变硬化的非饱和渗流、应力耦合模型、Hoek—Brown非饱和渗流、应力耦合模型应用于模拟某粘土岩竖井，研究其在开挖、通风、衬砌支护及长期运营期围岩内渗流从初始饱和→非饱和→近饱和的过程，以及竖井的非饱和流动区域大小对水力学参数（Biot固结系数、饱和度与毛细孔隙压力、水相的相对渗透系数与饱和度）的敏感性。结果表明：水力学参数对非饱和渗流的影响区域非常显著，尤其是水相的相对渗透系数与饱和度的关系。力学模型的差异对非饱和区的影响几乎可以忽略不计。     

不排水条件下轴向加卸载时结构性土的力学特性探讨

 为研究结构性土在不排水条件下的力学特性,开展固结不排水条件下初始应力各向异性结构性土、各向同性结构性土及重塑土在25,50,100,200及400 kPa共5种围压下的三轴加卸载试验,并利用二元介质概念对试验现象进行了分析。结果表明：结构性土在固结应力较低时结构性保持较好,存在明显的结构屈服强度,不同应力循环中平均模量无明显变化;固结应力较高时结构性减弱,表现为与重塑土相似的特性,受结构性减弱及正孔压等因素影响,平均模量随εa增加而减小;结构性土胶结元破损率与摩擦元中土颗粒间距随轴向应变增加而增大,卸载时体缩趋于明显。     

黏土垫层水力–力学–化学耦合模型研究

在城市固废堆场建造运维、污染场地土壤、地下水围封阻隔等环境岩土、污染防治领域中,均会涉及到土体力学行为、孔隙水流动以及污染物运移之间的耦合作用问题。将土体的固结变形分为由力学荷载引起的力学固结变形及由化学荷载引起的化学–渗透固结变形,引入广义达西定律,并考虑土体物理特性和输运性质的动态变化,通过理论推导建立了适用于堆场黏土防渗垫层的水力–力学–化学耦合模型,模型最大的特点是实现了土体固结变形、孔隙流体流动与污染物运移过程之间的全耦合,各模型参数均能够体现耦合效应的影响。采用多场耦合有限元分析软件COMSOL Multiphysics对所建模型进行数值验证和求解,模拟结果表明:所建模型可从机理上描述水力–力学–化学全耦合过程,模拟结果与Peters和Smith模拟结果吻合较好,能够正确揭示超孔隙水压力、污染物浓度时空分布及土体固结变形的演化规律。     

油气流–固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流–固耦合渗流研究的重要意义,对多孔介质流–固耦合渗流研究进展加以综述和讨论,提出了进一步深入研究的方向,并着重讨论了近十年来油气流–固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法,为其他渗流工作提供一定的参考。     

连续孔隙介质土力学及其在非饱和土本构关系中的应用

首先论述了土力学的理论基础仍然很不完善,仍处于半理论、半经验的发展阶段,它还缺少统一的理论基础。指出:连续孔隙介质土力学是以多相孔隙介质理论为基础描述自然界中土的行为的一门科学,它(或多相孔隙介质理论)可以作为土力学统一的理论基础。然后介绍了连续孔隙介质土力学的理论基础,讨论了多相孔隙介质理论的整体平衡方程的建立以及土力学中控制方程的选择和确定。针对非饱和土问题,利用多相孔隙介质理论(包括热力学和内变量理论),基于3种广义应力即非饱和土的有效应力(式(22))、基质吸力和气相压力作为3个独立的应力状态变量,提出并详细地论证和推导了考虑气相的能量耗散和塑性体积变形的非饱和土弹塑性本构方程。     

饱和–非饱和介质水–应力耦合弹塑性二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程和弹塑性矩阵入手,使用Galerkin方法,将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散,初步开发出了一个用于分析饱和–非饱和孔隙介质中水–应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过引入一组特定的与非饱和状态有关的计算公式,对一个假定的非饱和土体中水–应力耦合问题进行了数值计算,考察了不同时间土体中的位移、孔隙水压力、有效主应力、流速和塑性区的分布,定性验证了该程序的正确性。     

饱和-非饱和介质水-应力耦合弹塑性二维有限元分析

从建立应力平衡方程、水连续性方程和弹塑性矩阵入手，使用Galerkin方法，将各控制方程分别在空间域和时间域进行离散，初步开发出了一个用于分析饱和-非饱和孔隙介质中水-应力耦合弹塑性问题的二维有限元程序。通过引入一组特定的与非饱和状态有关的计算公式，对一个假定的非饱和土体中水-应力耦合问题进行了数值计算，考察了不同时间土体中的位移、孔隙水压力、有效主应力、流速和塑性区的分布，定性验证了该程序的正确性。     

含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析

在建立多孔介质墙体热湿平衡的基础上,采用描述非饱和多孔介质热质迁移的数学模型,分析了多孔介质墙体方位及结构、多孔介质层的材料及孔隙率对床层制冷特性的影响,为多孔介质蒸发制冷墙体的推广和应用提供理论依据.     

考虑变形及滞回效应影响的三维土-水特征曲面模型

为研究变形和滞回效应对非饱和土水-力耦合特性的影响,以边界面理论为基础,建立一个同时考虑变形及滞回效应影响的三维非饱和土土-水特征曲面模型,所建立模型可完整地描述非饱和土的水-力耦合特性。提出的本构方程以吸力和孔隙比为自变量,以饱和度为因变量,建立三维土-水特征曲面模型,通过编程实现了本模型的预测功能。通过程序的预测结果与一系列不同应力和水力路径下的试验结果进行对比,在饱和度-吸力/孔隙比二维平面及饱和度-吸力-孔隙比三维空间中,均验证了所建立模型的适用性及预测精度。     

非饱和土中圆柱孔扩张问题不排水解答及吸力影响效应分析

圆柱孔扩张理论为沉桩挤土及旁压试验分析等提供了理论基础,然而已有研究多是针对饱和土展开,在非饱和土相关工程中并不适用。基于修正剑桥临界状态模型,对非饱和土中不排水条件下的圆柱孔扩张问题进行求解。在考虑非饱和土吸力效应的情况下推导土体应力–应变关系式,并引入反映吸力与比体积之间关系的液相本构方程。在此基础上联立圆柱孔周围土单元平衡微分方程,最终将非饱和土中的圆柱孔扩张问题归结为求解一阶偏微方程组的问题。通过引入辅助变量将所有方程转至拉格朗日系下,以弹塑性边界上的应力及比体积作为初值条件对其进行求解。结果表明:当非饱和吸力增大时,圆柱孔周围土体应力和扩孔压力均随之增大,说明土体出现了吸力硬化效应;对于初始比体积较小的土体,随着塑性区内的径向位置增加,比体积和吸力会出现先增大后减小的变化特征,说明圆柱孔在不排水扩张过程中局部土体发生了剪胀。所采用的本构关系较为简洁,参数易于确定,便于在非饱和土相关的工程问题得到实际应用。     

油气流-固耦合渗流研究进展

介绍了多孔介质流-固耦合渗流研究的重要意义，对多孔介质流-固耦合渗流研究进展加以综述和讨论，提出了进一步深入研究的方向，并着重讨论了近十年来油气流-固耦合多相渗流及其应用研究和各种耦合方法，为其他渗流工作提供一定的参考。     

非饱和砂土及黏土的水-力耦合双屈服面模型

使用精细的本构模型来同时分析非饱和砂土和黏土水力耦合特性依旧是一个挑战.提出了一种包含加载湿陷及剪切滑移双重塑性机制的水-力耦合模型.力学模型中选取Bishop应力作为应力变量,采用孔隙比和有效饱和度作为状态变量.模型中给出了孔隙比-平均土骨架应力的半对数坐标系内依赖于有效饱和度的临界状态线的表达式,其与剪切滑动屈服面...     

粒间应力、土骨架应力和有效应力

颗粒间黏结效应对非饱和土水-力耦合特性影响显著,建立考虑黏结效应的非饱和土本构模型,对于准确分析非饱和土的水-力耦合特性具有重要意义。在边界面塑性理论框架下,建立了一个同时考虑基质吸力、饱和度和孔隙结构对黏结效应影响的非饱和土水-力耦合模型。对于力学部分,选取有效应力与黏结变量作为本构变量,建立了黏结变量与