考虑土结构性的本构关系

将作者提出的土结构性定量化参数引入土的变形本构关系和强度本构关系,首次得到了以结构性参数为基础来描述土变形-强度基本规律的本构关系,使土力学特性的研究带上了新的特色.     

非饱和土热–水–力全耦合本构模型及其验证

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。     

非饱和土力学特性及本构模型

地表土几乎全是非饱和土,特别是在干旱和半干旱地区,用饱和土力学理论和实验手段不能正确解释和处理非饱和土工程问题。首先介绍用低吸力和高吸力分别描述土的非饱和程度;简单回顾饱和土力学理论之后介绍现在比较认可的非饱和土力学理论;介绍低吸力下非饱和土持水和力学性质的测试方法,重点说明因使用陶土板而需要注意事项与对策以及非饱和土三轴仪的体积测量方法;用吸力控制压缩试验、三轴试验和真三轴试验的实测结果说明非饱和土的典型力学性质;根据试验结果分析持水曲线的直接影响因素和持水与力学性质的耦合特性,用弹塑性方法建立非饱和土持水和力学特性耦合的本构模型,并用吸力控制或量测的等向压缩和三轴试验结果验证;开发高吸力范围内吸力控制三轴试验方法,用该方法获得广吸力范围内4种典型土的应力应变关系,并用其中两种广吸力范围内强度数据对各种非饱和土强度计算公式的适用性进行分析。     

适用于吸力循环作用的膨胀性非饱和土本构模型

首先从颗粒尺度基于热力学理论对干湿循环路径下膨胀土的变形行为产生的机理进行了论述。通过分析可知,吸力循环作用下膨胀性非饱和土的塑性变形不仅取决于土中集聚体之间的重新排列,而且与集聚体内储存的塑性势能的变化相关。其次基于BBM模型建立了一个适用于吸力循环作用的膨胀性非饱和土的弹塑性本构模型。模型中通过吸力变化屈服面和混合硬化准则描述上述两种不同作用机理所产生的塑性变形。最后利用该模型对膨胀性非饱和土在吸力循环作用下的行为进行了预测。通过预测结果与试验数据的比对可知：该模型能够较好地描述膨胀性非饱和土在吸力循环作用下产生的累积塑性变形,及其随着循环次数的增加趋向于稳态的特性。     

考虑时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型及其验证

时间效应对超固结非饱和土的力学和变形特性影响较大,建立考虑时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型,对于准确分析超固结非饱和土时间相依变形特性具有重要意义。以超固结土统一硬化模型为基础框架,建立了一个同时考虑固结度、基质吸力、时间效应的超固结非饱和土弹黏塑性本构模型。首先,根据超固结土弹塑性变形特性,引入统一硬化参数对一维弹黏塑性本构模型进行修正,建立了连续加载条件下超固结土弹黏塑性本构模型;其次,采用非饱和土巴塞罗那模型屈服面,结合过应力理论,建立了考虑时间效应和基质吸力影响的弹黏塑性模型。与巴塞罗那模型相比,额外引入了与时间效应相关的黏滞系数。模型验证和试验数据对比结果表明,该模型能够合理地预测超固结非饱和土时间相依变形特性。     

非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容。改进后的G－A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近。     

非饱和膨胀土本构模型的试验研究及分析

基于南阳膨胀土4种应力路径的非饱和三轴试验结果,本文对Gens和Alonso所提的非饱和膨胀土弹塑性本构模型进行了分析和改进,增加了描述水量变化的内容.改进后的G-A模型含参数14个,都具有明确的物理意义,并可由试验确定;改进模型能反映重塑膨胀土的主要变形特性,对三轴排水剪切试验的理论预测与试验结果比较接近.     

荆门非饱和压实膨胀土的吸力特征及其本构方程

 吸力与非饱和土的力学性状密切相关,为探讨非饱和膨胀土吸力变化规律,以滤纸法为研究手段,测定6种不同压实度与13种不同重力含水率组合条件下荆门弱膨胀土的总吸力与基质吸力。试验基本覆盖该膨胀土持水状态与密实状态的可能变动范围。研究表明：土体持水状态与密实状态均对压实膨胀土吸力影响显著。相同密实状态下,吸力随持水程度的增大而降低,且变动幅度较大。相同持水状态下,吸力随密实程度的增大而增大。密实度小的试样吸力变化幅度大,密实度大的试样吸力变化相对平缓。在明确吸力变化规律的基础上,构建吸力–饱和度–孔隙比关系的本构方程,数值再现结果与模型预测结果均表明该方程能够有效描述压实膨胀土在可能密实状态与持水状态范围内的吸力变化规律。     

考虑气相压力变化和偏应力影响的非饱和土本构模型

基于连续介质土力学的本构模型框架,提出了一个三轴应力状态下的非饱和土本构模型。与非饱和土中的双应力变量不同,根据非饱和土功的表达式,选择广义有效应力、修正吸力和气体压力作为模型的应力状态变量。模型中考虑了气相压力变化对土体变形的影响,给出了固–液–气三相耦合的本构方程。固相采用了非相关联流动法则,并在固相硬化方程中考虑了液相和气相的影响。液相方程利用土水特征曲线描述,并考虑了塑性体应变的影响。气相方程的建立利用了Boyle定律和Henry定律,给出了受固相和液相变形影响的气相方程。最后建立了非饱和土弹塑性增量方程。利用已有的试验数据对模型进行了验证,并将考虑气相影响与未考虑气相影响的预测结果进行了对比。     

非饱和原状膨胀土的弹塑性损伤本构模型研究

以复合体损伤理论为基础,建立了非饱和原状膨胀土的弹塑性损伤本构模型。模型可反映原状膨胀土的三个主要特征(胀缩性、裂隙性和超固结性)造成的独特的力学特性,即,低围压情况下的软化和剪胀,围压较高时的硬化和剪缩以及干湿变化时的反复胀缩特性。模型共包含23个参数,都可由试验测定。     

非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微-宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。     

考虑非饱和土强度理论的土压力问题研究

目前关于土压力问题的分析均采用传统的饱和土强度理论,并没有考虑在所研究土体的范围内由于人工或天然降水造成的在一定深度范围内可能出现非饱和土的情况.现以水泥搅拌桩挡土墙为例引入基质吸力的概念推导非饱和土的土压力的计算公式,初步探讨饱和-非饱和土土压力计算公式的变化规律.     

非饱和土本构关系及变形计算

总结了非饱和土本构模型当前研究的新进展,包括弹性模型、巴塞罗那模型的各种改进,其它形式包含吸力的应力变量模型、膨胀土弹塑性模型、损伤力学模型、热力学模型、浸水变形计算模型等。同时总结了这些模型用于有限元计算时所要解决的问题,包括吸力的确定、矩阵的形成等。     

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。     

考虑微观孔隙结构的非饱和土水–力耦合本构模型

非饱和土在应力和水力路径的作用下均会产生微观孔隙结构的变化,同时,不同的孔隙类型和结构也会对非饱和土宏观水力、力学特性产生不同的影响,尤其是在膨胀土、压实黏土等双孔结构土中,这种影响尤为显著。以Wheeler建立的非饱和土水–力全耦合模型(GCM)为理论框架,引入有效饱和度来描述土体内部宏观和微观孔隙对水–力特性的不同影响,提出考虑孔隙结构影响的Bishop有效应力表达式,建立了各向等压状态下考虑微观结构的非饱和土水–力耦合本构模型,并实现了模型的预测功能。通过与非饱和土等向压缩试验结果的对比,初步验证了所建立模型的合理性和有效性。     

宁明非饱和膨胀土的一维本构模型及其应用

针对目前难以建立反映各类岩土且能适用于各类岩土工程的理想本构模型的现象,笔者在前人研究的基础上,根据广义Hook定律、Fredlund的双变量理论,推导建立非饱和土在侧限状态下的一维本构方程,并根据土体的三相指标的换算关系,获得体积含水率或吸力的变化对土体重度的影响,并依据宁明膨胀土的土水特征曲线,通过分层总和法原理,估算宁明非饱和膨胀土地基遇水浸润所产生的变形以及影响该变形的因素。     

非饱和土强度理论的分析研究

对非饱和土进行了介绍,分析研究了主要的非饱和土的理论公式和经验公式,指出非饱和土抗剪强度与饱和土抗剪强度不同,非饱和土的抗剪强度由三部分组成即凝聚力产生的强度、摩擦强度和吸附强度。     

黏土的结构性定量化表征及其弹塑性本构模型研究

结构性可增强土骨架的稳定性,在相同的应力条件下,结构性土与重塑土相比可保持更大的孔隙比.从结构性土的形成过程出发,详细分析了结构性对土体变形特性的影响及变形过程中结构性的衰退规律,提出了土体结构的定量化表征参数——相对结构度,并给出了该变量在土体变形过程中的演化方程.随后基于该参数推导了结构性土的体变方程,该方程反映了...     

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。