黃泛區(qū)非飽和砂質(zhì)粉土本構(gòu)關(guān)系研究.pdf

1、目前在工程界廣泛應用的土力學理論是經(jīng)典的飽和土力學。然而地球表面的土層絕大部分都處于非飽和狀態(tài)，即使是軟土地區(qū)的土層其地表層也必然處于非飽和狀態(tài)，飽和土只是非飽和土的特殊狀態(tài)。因此，簡單地將飽和土力學的經(jīng)典理論推廣應用于一切土質(zhì)狀況顯然是不科學的。我國著名學者包承綱等曾指出世界上超過半數(shù)的國家都在承受著或者經(jīng)歷過由非飽和特殊土引起的工程地質(zhì)災害，然而關(guān)于非飽和土土質(zhì)特性的研究起步很晚，理論研究更是鳳毛麟角?？梢姡秋柡屯粱拘再|(zhì)和行為的

2、研究具有非常重要的理論和實踐意義。
　　根據(jù)當前非飽和土本構(gòu)模型的發(fā)展現(xiàn)狀，其大致類型可分為彈性模型、彈塑性模型和結(jié)構(gòu)性模型等，其中以理論有力、形式靈活的彈塑性模型應用最為廣泛。非飽和土的彈塑性模型需要在選定的非飽和土應力狀態(tài)變量和應變狀態(tài)變量之間建立適當?shù)臄?shù)學模型，以便根據(jù)應力的變化對應地計算出土體的彈性應變和塑性應變的變化。彈塑性模型在應力與彈性應變間采用彈性理論，這部分比較簡單，而且一般不存在差異或爭議；而在應力與塑性應變見

3、則需要采用塑性理論，解決土關(guān)于體應變和剪應變的屈服面、硬化參數(shù)與硬化規(guī)律以及描述應力變量下應變發(fā)展規(guī)律的流動法則等各類有關(guān)問題。
　　本文在對黃泛區(qū)廣泛存在的非飽和砂質(zhì)粉土的試驗研究的基礎(chǔ)上，通過在BBM模型中引入基于熱力學和連續(xù)介質(zhì)力學推導得到的屈服面方程，結(jié)合試驗得到的土水特征曲線和加載濕陷屈服線，建立了黃泛區(qū)非飽和砂質(zhì)粉土的本構(gòu)模型。相較于BBM模型，該模型理論基礎(chǔ)更加堅實，同時又能反映黃泛區(qū)非飽和砂質(zhì)粉土的土質(zhì)特性。在土水

4、特征曲線的基礎(chǔ)上通過控制土樣含水率達到控制吸力的目的，從而進行了不排水條件下的剪切試驗。對比試驗結(jié)果與理論模型在定吸力應力條件下的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該模型對黃泛區(qū)非飽和砂質(zhì)粉土的應力應變表現(xiàn)具備較好的模擬效果。主要研究內(nèi)容為：
　?。?）土質(zhì)特性研究。首先用濾紙法測定了非飽和砂質(zhì)粉土的土水特征曲線，然后在不排水條件下采用英國 GDS三軸儀試驗系統(tǒng)對不同含水率土樣進行了固結(jié)試驗和剪切試驗。
　　（2）理論模型的建立。首先依據(jù)熱力學

5、和連續(xù)介質(zhì)力學理論推導了非飽和土有效應力表達式的形式，進而得到非飽和土屈服線的方程，依據(jù)固結(jié)試驗結(jié)果得到了加載濕陷屈服線LC的方程，硬化方程采用BBM模型的形式，采用非相關(guān)聯(lián)流動法則建立了本構(gòu)模型。
　　（3）理論計算與剪切試驗結(jié)果的對比分析。在定吸力的應力條件下，依據(jù)本構(gòu)模型計算土樣的應力應變關(guān)系，并與不排水剪切試驗結(jié)果對比，驗證本構(gòu)模型的適用性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該理論模型不能準確反映低飽和度的砂質(zhì)粉土應變趨于軟化的變化形態(tài)，但是對于