非飽和土的廣義有效應(yīng)力原理及其本構(gòu)模型研究.pdf

1、土力學(xué)發(fā)展到目前為止,其理論基礎(chǔ)仍然很不完善,仍處于半理論、半經(jīng)驗的發(fā)展階段,土力學(xué)統(tǒng)一和完備的理論基礎(chǔ)仍有待于研究和發(fā)展。上世紀(jì)六七十年代發(fā)展起來的多相孔隙介質(zhì)理論,為非飽和土力學(xué)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。非飽和土是一種三相的多孔介質(zhì)材料,它由固體顆粒和孔隙組成,孔隙中填充著水和氣。氣體的存在使得非飽和土的性質(zhì)比飽和土要復(fù)雜得多,也使得影響非飽和土性質(zhì)的因素變多,因此很難像飽和土那樣找出非飽和土的響應(yīng)(或應(yīng)變)與應(yīng)力狀態(tài)之間的簡單和唯一的

2、關(guān)系。本文以多相孔隙介質(zhì)力學(xué)理論為基礎(chǔ),提出了非飽和土廣義有效應(yīng)力原理,并建立了非飽和土的本構(gòu)模型,主要研究成果為:
　　 (1)以多相孔隙介質(zhì)理論為基礎(chǔ),從基本的物理規(guī)律即各種平衡方程出發(fā),建立非飽和土的基本方程,并得到了非飽和土變形功的表達(dá)式。在總變形功的具體方程基礎(chǔ)上提出了廣義有效應(yīng)力原理,給出了本文建議的與土骨架位移在功上對偶的有效應(yīng)力表達(dá)式。指出應(yīng)當(dāng)選擇非飽和土有效應(yīng)力,修正吸力和氣壓三個應(yīng)力狀態(tài)變量來描述非飽和土的行

3、為,并給出了相對應(yīng)的功共軛的廣義變形,為建立非飽和土本構(gòu)方程奠定基礎(chǔ)。
　　 (2)根據(jù)非飽和土的變形功表達(dá)式,推導(dǎo)得到了非飽和土各相的自由能和耗散勢增量方程,然后采用熱力學(xué)的方法來建立非飽和土的本構(gòu)模型。根據(jù)廣義有效應(yīng)力原理選擇應(yīng)力變量,并選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)變量來考慮非飽和土三相之間的聯(lián)系,建立了固液氣三相耦合的非飽和土本構(gòu)模型框架。該框架將可以考慮很多復(fù)雜因素的影響,比如氣相耗散對土體的影響等。
　　 (3)在非飽和土模型

4、框架的基礎(chǔ)上,通過適當(dāng)?shù)募僭O(shè)和簡化,建立三軸應(yīng)力狀態(tài)下固液氣三相耦合的非飽和土本構(gòu)模型。其最大的特點在于首次在模型中考慮了氣相硬化的影響,從理論的角度,這一模型由于考慮了氣相壓力變化的影響,因此更加全面和更具有一般性。采用已有的實驗數(shù)據(jù)對模型進行驗證,結(jié)果表明不論是在低飽和度階段還是高飽和度階段,模型都能很好的擬合試驗結(jié)果。
　　 (4)對SFG模型進行了探討和研究,指出其中存在的不足即無法考慮飽和度對土體性質(zhì)的影響。以本文給出