非饱和土强度变形实用计算方法

论文摘要

选择含水率作为物理量，避免吸力量测和计算的困难，研究土体内水分对强度和变形的影响。进行了非饱和土的强度和变形试验，研究了非饱和土的强度随含水率的变化，建立了引入含水率的非饱和土实用非线性模型。提出了控制含水率不变、保证气压消散的试验方法，在普通三轴仪上进行了非饱和土的强度和变形试验。试验也模拟了施工期间气压能够很快消散而水压变化不大的工程实际特点。试验结果表明：非饱和土的强度和抵御变形的能力随含水率的增大而降低。研究非饱和土的强度随含水率的变化，发现不同含水率的非饱和土的强度指标与含水率的关系可线性表示，建立了非饱和土的总应力强度公式，并提出了较为具体的运用建议和方法。研究了含水率对非饱和土变形的影响。按照邓肯模型的参数整理方法得到了不同含水率情况下非饱和土的模型参数，研究这些参数随含水率的变化规律，建立了引入含水率的非饱和土实用非线性模型。另外，非饱和土的固结问题非常复杂，固结方程的求解也相当困难，难以在工程中得到实际运用。论文根据不同饱和度状态下的非饱和土的水、气运移的不同特点，还提出了适用于中等饱和度和较高饱和度的非饱和土固结简化计算方法。对于中等饱和度的非饱和土，气压消散非常迅速。假定气压瞬时消散，其后独立考虑水压的消散，以简化固结问题。并在一维问题的固结简化计算方法基础上建立了二、三维的简化方法。对于较高饱和度的非饱和土，固结过程中气和水同时排出土体，将气和水看成是具有压缩性的混合流体。并假定水的流出仅仅取决于水压力，建立了固结简化计算方法。该方法考虑因素较为全面，能计算吸力和土体内水分的变化，也能考虑气压消散的快慢。试验的数值模拟结果表明了两种固结简化计算方法的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 非饱和土力学的研究进展
• 1.2 物理量的选择
• 1.2.1 含水率或饱和度
• 1.2.2 吸力
• 1.3 非饱和土的强度
• 1.3.1 引入吸力的强度公式
• 1.3.2 引入含水率或饱和度的强度公式
• 1.4 变形
• 1.4.1 非饱和土的变形性状
• 1.4.2 引入吸力的非饱和土本构模型
• 1.4.2.1 非线性模型
• 1.4.2.2 弹塑性模型
• 1.4.3 引入含水率或饱和度的实用变形计算方法
• 1.5 非饱和土的固结理论
• 1.5.1 气、水流动
• 1.5.2 分别考虑气相和液相消散的方法
• 1.5.3 固结简化计算方法
• 1.6 研究意义及主要内容
• 第二章 控制含水率的非饱和土强度和变形试验研究
• 2.1 试验意义和试验目的
• 2.2 试验仪器
• 2.2.1 保持含水率不变
• 2.2.2 气压消散
• 2.2.3 非饱和土体积变形
• 2.3 试验适用条件
• 2.4 试样制备
• 2.5 试验方法与步骤
• 2.6 试验结果与分析
• 2.6.1 试验结果
• 2.6.2 试验结果分析
• 2.7 小结
• 第三章 非饱和土的强度随含水率的变化
• 3.1 非饱和土的强度特性
• 3.2 研究主要内容及意义
• 3.3 引入含水率的非饱和土总应力强度公式
• 3.4 实际运用
• 3.5 算例
• 3.6 小结
• 第四章 非饱和土应力变形随含水率的变化
• 4.1 非饱和土的变形性状
• 4.2 研究目的及其意义
• 4.3 引入含水率的非饱和土实用非线性本构模型
• 4.3.1 邓肯模型简介
• 4.3.2 非饱和土本构模型
• 4.4 模型运用
• 4.4.1 施工期的应力变形
• 4.4.2 含水率变化引起的变形
• 4.5 施工期应力变形算例
• 4.6 小结
• 第五章 非饱和土的固结简化计算方法
• 5.1 非饱和土固结的复杂性
• 5.2 非饱和土的固结理论及简化方法
• 5.3 中等饱和度非饱和土的固结简化计算方法
• 5.3.1 初期压密
• 5.3.2 气压消散
• 5.3.3 水压消散
• 5.4 较高饱和度非饱和土的固结简化计算方法
• 5.4.1 初期压密
• 5.4.2 后续固结
• 5.4.2.1 水连续性方程
• 5.4.2.2 混合流体的连续性方程
• 5.4.3 两个处理
• 5.4.4 参数确定
• 5.5 算例分析
• 5.6 小结
• 第六章 中等饱和度非饱和土二三维固结简化计算
• 6.1 研究的主要内容
• 6.2 中等饱和度非饱和土二三维固结简化计算
• 6.2.1 初期压密阶段
• 6.2.2 气压消散阶段
• 6.2.3 水压消散阶段
• 6.3 算例
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论与创新点
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间论文发表情况