土水特征曲線及其在非飽和土力學(xué)中應(yīng)用的基本問題研究.pdf

1、土水特征曲線(Soil-WaterCharacteristicCurve，簡稱SWCC)是非飽和土力學(xué)中描述土的非飽和狀態(tài)對(duì)其水力、力學(xué)特性影響的一個(gè)重要工具，它在“含水量-吸力”空間中的位置和形狀能夠反映土中孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(孔隙的大小和分布規(guī)律)以及土的持水能力；非飽和土力學(xué)中的許多研究領(lǐng)域，如強(qiáng)度理論、滲流理論、固結(jié)理論、本構(gòu)理論都涉及到SWCC的應(yīng)用；由于SWCC的量測(cè)成本高、周期長、難度大，且試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析也遠(yuǎn)比飽和土更加復(fù)

2、雜，這在一定程度上導(dǎo)致了非飽和土力學(xué)的實(shí)踐和應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)地落后于理論研究。為了使非飽和土力學(xué)理論能夠方便地應(yīng)用于工程實(shí)踐，本文圍繞SWCC在工程應(yīng)用中存在的問題，開展了一系列的研究，主要包括以下幾方面的工作：
　　 (1)根據(jù)SWCC試驗(yàn)散點(diǎn)，擬合得到能夠正確地反映土中孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和持水能力的函數(shù)，是SWCC應(yīng)用的基礎(chǔ)和前提。本文在分析了SWCC應(yīng)用的基本步驟、SWCC形狀特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有SWCC模型的函數(shù)形式的特點(diǎn)，分析了

3、擬合SWCC試驗(yàn)散點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)的問題，而后在統(tǒng)計(jì)了21種土的SWCC擬合結(jié)果的基礎(chǔ)上，首次提出了一種使用不完整SWCC(測(cè)量未到達(dá)殘余狀態(tài))的試驗(yàn)點(diǎn)，擬合得到能夠正確地反映土中孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和持水能力的函數(shù)的計(jì)算方法，使用這種方法，可以解決在試驗(yàn)條件有限，無法測(cè)得完整SWCC時(shí)，難以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確地確定一些非飽和土力學(xué)模型中的相關(guān)參數(shù)的取值問題。
　　 (2)以概率論為基礎(chǔ)，利用SWCC和孔隙(水)分布函數(shù)之間的關(guān)系，提出了平均

4、孔隙半徑的概念，而后以此為基礎(chǔ)得到了一個(gè)能夠模擬變形對(duì)SWCC影響規(guī)律的計(jì)算模型；由于該模型考慮了土中的初始孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)SWCC隨變形的變化規(guī)律的影響，所以它能夠給出比較理想的計(jì)算結(jié)果；該模型可為建立分析非飽和土的水力、力學(xué)特性相互影響的計(jì)算模型奠定基礎(chǔ)。
　　 (3)以概率論為基礎(chǔ)，提出了一個(gè)能夠考慮土中孔隙結(jié)構(gòu)影響的飽和土滲透系數(shù)計(jì)算模型，而后結(jié)合本文提出的模擬SWCC隨變形的變化規(guī)律的計(jì)算模型，以及Mualem(1976)相

5、對(duì)滲透系數(shù)模型，建立了一個(gè)能夠模擬變形對(duì)非飽和土滲透系數(shù)影響的計(jì)算模型，該模型不僅能夠考慮孔隙大小的變化對(duì)滲透系數(shù)的影響，更能夠考慮孔隙結(jié)構(gòu)變化的影響，這使得預(yù)測(cè)結(jié)果能夠更加接近于實(shí)際情況。
　　 (4)以傳統(tǒng)域模型的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，提出了一個(gè)能夠方便地模擬多次浸潤(吸濕)、干燥(脫濕)過程，以及在含水量(吸力)變化歷史未知的情況下模擬含水量隨吸力變化規(guī)律的SWCC滯后模型；而后以該模型為基礎(chǔ)，得到了一個(gè)利用邊界干燥曲線以及一