非飽和土等效固結變形分析方法試驗研究.pdf

1、非飽和土的固結變形特性及分析方法一直是土力學領域的研究熱點.由于非飽和土是一種三相的多孔介質(zhì),不僅其固相、液相和氣相之間具有復雜的相互作用,而且還存在具有力學效應的復雜多變的收縮膜,以及具有物理形態(tài)變化和化學變化作用的可溶性礦物. 因此,非飽和土力學特性研究中僅依據(jù)吸力特征量來反映固、液和氣相及收縮膜之間的聯(lián)系是不夠的.不論是基于有效應力單變量建立的固結分析方法,還是基于雙變量建立的固結分析理論,在認識非飽和土固結變形特性上均存

2、在許多假定.本文摒棄了非飽和土力學中用有效應力單應力變量和凈應力與基質(zhì)吸力雙應力變量來研究非飽和土固結變形特性的思想,提出將復雜多變的非飽和土固、液、氣三相及收縮膜和礦物成分性態(tài)表觀作用等效為骨架相和流體相,前者既能夠抵抗壓力作用,又能夠抵抗剪切作用,后者只能抵抗壓力作用,且能夠相對于骨架相產(chǎn)生運動.等效骨架相應力不僅包括土粒骨架之間的作用力,還包括收縮膜的加固作用、易溶礦物成分的膠結作用以及靜電應力作用等；等效流體相則包含了收縮膜兩側

3、具有流動特性的孔隙水和孔隙氣.從而將非飽和土復雜多變的多相簡化為等效骨架相和等效流體相,將復雜的非飽和土固結問題簡化為兩相耦合作用問題.固結變形穩(wěn)定時作用于土單元體上的應力就是相應土性狀態(tài)等效骨架相承擔的應力,即等效骨架相應力；固結變形過程中等效流體相相對于等效土骨架相的運動,是在等效流體壓力梯度作用下的運動,伴隨著等效流體壓力的消散.基于上述觀點,依據(jù)非飽和土的壓縮應力應變關系就可以得到對應于不同壓縮應變的等效骨架相應力,依據(jù)壓縮應力

4、應變關系就可以確定固結過程中不同時刻的等效骨架相壓縮應力.總的附加壓縮應力中扣除等效骨架相應力后就可得到等效流體壓力的發(fā)展變化規(guī)律,從而首次提出了等效骨架相應力和等效流體壓力確定的方法. 大量的非飽和土固結實驗研究表明非飽和土具有顯著地瞬時壓縮變形,隨時伺發(fā)展的壓縮變形包含了瞬時變形、固結變形及流變變形.本文基于瞬時變形、固結變形的發(fā)展變化,分別確定了整個壓縮變形過程和固結變形過程中,等效骨架相及等效流體相應力的變化規(guī)律.等效骨

5、架相應力隨固結變形的發(fā)展而增大,等效流體相壓力隨固結變形的發(fā)展而減小.指出在隨時間發(fā)展變化的附加荷載作用下,固結變形過程必然耦合瞬時變形的發(fā)展. 本文基于非飽和土等效骨架相和等效流動相的傳力機理及它們的發(fā)展變化規(guī)律,提出了非飽和土等效固結物理模型.在荷載作用的瞬時,非飽和土產(chǎn)生瞬時壓縮變形,伴隨產(chǎn)生等效流體相壓力；固結過程中等效流體壓力逐漸消散；最終等效流體相壓力消散為零. 依據(jù)不同濕度、不同密度的非飽和土單向壓縮固結試

6、驗,分析瞬時壓縮變形特征及等效兩相介質(zhì)的固結系數(shù)變化規(guī)律.固結變形過程中的體積變形量與等效流體相壓力之間具有線性變化規(guī)律,這就說明固結變形過程中等效流體相相對于等效土骨架相的運動,確實是在等效流體壓力梯度作用下的運動. 本文依據(jù)等效兩相應力狀態(tài)量的變化規(guī)律,等效流體相的運動特性,等效骨架相的變形特性,在假定等效兩相均不可壓縮條件下,建立了非飽和土一維等效固結分析方法.該分析方法與瞬時壓縮變形分析一起能夠描述非飽和土地基的固結變形