考虑接触角及粒径级配影响的土水特征曲线滞回模型

土水特征曲线描述了非饱和土中含水率(或饱和度)与基质吸力(或土水势)之间的关系.土水特征曲线存在滞回效应,即在相同的吸力下,土体在蒸发或重力排水的脱湿过程中赋存的水量比土体在入渗、毛细上升的增湿过程中所赋存的水量多.针对影响土水特征曲线滞回特性的两个关键因素——接触角及由颗粒粒径级配(孔隙分布)引起的墨水瓶效应,首先,...     

基于孔隙分布的变形土土水特征曲线模型

土体孔隙分布对土水特征曲线具有决定性影响。虽然土体孔隙分布随变形的演化规律较为复杂,但实验研究表明,土体在变形过程中,孔隙分布的基本形态未发生显著变化、统计分布特征基本不变。基于这一结论,假定变形后的孔隙分布函数可以从参考状态孔隙分布函数经过平移、缩放得到。在此基础上,建立了考虑土体变形并反映滞回效应的土水特征曲线模型。由于变形对土水特征曲线的影响是通过孔隙分布随变形的改变来表征的,因此模型参数的物理意义明确,仅有7个参数,均可通过常规室内试验确定。最后,通过一系列试验数据验证了该模型的正确性与可靠性。     

考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数模型

 相对渗透系数是土体非饱和渗流分析的重要参数,Mualem统计模型在土体相对渗透系数预测中得到广泛应用。然而,Mualem统计模型假定土体具有刚性的孔隙结构,因而无法反映变形对非饱和渗透系数的影响。笔者最近提出的变形土土水特征曲线模型为基础,建立考虑变形效应的非饱和土相对渗透系数的修正Mualem统计模型。修正模型引入某一饱和度条件下被水充满的平均孔隙半径这一参量,来反映有效饱和度及土体变形过程中孔隙形态变化对其非饱和渗透特性的影响。采用4种不同类型土体的非饱和渗透试验数据对修正模型进行验证。结果表明,修正模型给出的相对渗透系数预测值与实测值的均根误差相比Mualem统计模型减小27%,说明修正模型对于变形条件下土体的相对渗透系数具有更强的预测能力。研究成果为非饱和土渗流规律以及水–力耦合数值模拟等研究提供了更为可靠的理论模型。     

考虑微观孔隙结构的非饱和土水–力耦合本构模型

非饱和土在应力和水力路径的作用下均会产生微观孔隙结构的变化,同时,不同的孔隙类型和结构也会对非饱和土宏观水力、力学特性产生不同的影响,尤其是在膨胀土、压实黏土等双孔结构土中,这种影响尤为显著。以Wheeler建立的非饱和土水–力全耦合模型(GCM)为理论框架,引入有效饱和度来描述土体内部宏观和微观孔隙对水–力特性的不同影响,提出考虑孔隙结构影响的Bishop有效应力表达式,建立了各向等压状态下考虑微观结构的非饱和土水–力耦合本构模型,并实现了模型的预测功能。通过与非饱和土等向压缩试验结果的对比,初步验证了所建立模型的合理性和有效性。     

非饱和土渗流-变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE(Partial differential equation)软件对该耦合方程组进行求解分析.该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量.与解析解相比,该数值解表现较高的精度,...     

土水离子效应对土体力学性能的影响

根据地下水离子质量浓度分布的特点,以改变土体强度为目的,对采取的水样和土样进行室内水土化学试验和物理力学试验,并从土水化学的力学效应对土体强度指标的影响效应进行统计分析。研究结果表明:地下水中的Ca2+、HCO 3-、K+和Na+等离子浓度对土体的黏聚力有明显的减弱效应,而Cl-含量对其影响较弱;离子质量浓度对内摩擦角和变形模量的影响弱于对黏聚力的影响,这为增加土体结构物稳定性措施提供一种借鉴。     

考虑变轴力影响的钢筋混凝土柱滞回特性研究

指出框架柱的轴力在地震反应过程中是持续变化的,针对现在基于变化轴向力的柱恢复力滞回性能试验资料较少的现状,对国内外考虑变轴力柱滞回特性的研究方法和成果进行了综述,并对研究趋势提出了建议和展望。     

非饱和砂土及黏土的水-力耦合双屈服面模型

使用精细的本构模型来同时分析非饱和砂土和黏土水力耦合特性依旧是一个挑战。提出了一种包含加载湿陷及剪切滑移双重塑性机制的水-力耦合模型。力学模型中选取Bishop应力作为应力变量,采用孔隙比和有效饱和度作为状态变量。模型中给出了孔隙比-平均土骨架应力的半对数坐标系内依赖于有效饱和度的临界状态线的表达式,其与剪切滑动屈服面的非关联流动准则的结合保证了模型可以更合理地预测非饱和土（包括砂土和黏土）的剪胀和剪缩性质。通过模拟粉砂和高岭土的三轴试验,对该模型预测非饱和土主要特征的能力进行了分析。     

水-土相互作用对土体裂隙水流的影响

分析了土体裂隙介质的渗透空间结构,概化了其水文地质模型;从流体动力学角度探讨了水－土相互作用与水流运动互为影响,互为控制的内在关系。     

膨胀性非饱和土的双尺度毛细-弹塑性变形耦合模型

从宏观和微观角度,在已有的膨胀性非饱和土的双尺度本构模型BExM和湿陷性非饱和土的毛细-弹塑性变形耦合模型的基础上,发展和建立了一个可预测膨胀性非饱和土的毛细滞回和力学行为耦合的双尺度本构模型.模型考虑了土体微观结构的体变及其对宏观结构行为的影响,以及毛细和力学行为之间的耦合作用.对已有的膨胀性非饱和土的常净应力下吸力循环试验进行预测,预测结果表明该模型能够定量地描述膨胀性非饱和土的毛细和力学行为.     

非饱和土土水特性试验研究

在改进的非饱和土三轴仪上对洛阳地区非饱和土开展了三轴试验,并依此对非饱和土土水特性、试样重塑对基质吸力的影响进行了分析研究。研究表明:试件的基质吸力随围压的增大而非线性减小,基质吸力随饱和度的增大而连续减小,饱和度与基质吸力的关系是连续的。     

土水特征曲线滞后模型的研究

介绍了以热力学为基础的土水特征曲线的滞后模型,该模型通过引入内变量来考虑与滞后有关的各种效应。由于满足了热力学定律,使这种模型更具有一般性和适用性。利用边界面理论,可以得到扫描线与边界面之间的关系,从而可以利用边界面来确定出其中的扫描线的情况。在前人工作的基础上,提出了一个修正的简化模型,把不可恢复的含水率作为其中一个内变量。修正后的模型对原有模型的不足之处进行了改进,使得扫描线在刚开始靠近边界面时的斜率不会出现无穷大,同时保留了原有模型的优点,只有一个参数,便于实际应用。通过与实验结果进行比较,可以看到修正后的模型能更好地反映非饱和土性质和实际情况。     

动态土水特征曲线滞后模型研究

土水特征曲线是描述非饱和土力学特性必不可少的方程,它的最大特点就是存在滞后效应,尽管目前已经建立了很多的土水特征曲线滞后模型,但这些模型都是针对平衡条件建立的。现有的理论和试验研究已经证实,土水特征曲线存在动态效应,与静态土水特征曲线相比,相同的饱和度时,动态土水特征曲线的吸力在干燥过程中要更大,而湿化过程中则更低。为了描述动态条件下土水特征曲线,首先从热力学的基础理论出发,探讨了动态效应的理论基础,并从熵增不等式中得到了动态的土水特征曲线方程。基于所得方程,利用边界面塑性理论,建立了可以预测任意扫描线的土水特征曲线模型。通过与已有的试验结果进行对比,表明模型可以很好地预测土体在干燥和湿化不同过程中的扫描线变化。所得结果可以用于解释一些实际问题,比如降水引起的沉降和降雨诱发滑坡等。     

基于土壤物理特性扩展技术的土水特征曲线预测方法

土水特征曲线是模拟水和污染物在非饱和土中运移的重要水力特性参数。但是,土水特征曲线的直接量测方法比较困难。Arya和Paris提出了一种通过粒径分布曲线预测土水特征曲线的模型——AP模型。该模型引入一个转换系数α建立土体假想形态与真实形态之间的联系。但是,现有的推导系数α的方法一方面计算过程过于复杂,另一方面没有全面考虑土的物理特性。基于土壤物理特性扩展技术提出一种新的计算参数α的方法。为了验证新方法,从非饱和土水力特性数据库中选出不同类型的土壤样本,采用新方法分别计算出各类型土壤的参数α。然后,将计算出的参数α用于预测其他土样的土水特征曲线,从而验证新方法计算出的参数α的有效性。还将提出的新方法与其他利用AP模型预测土水特征曲线的代表性方法进行对比,结果显示该方法预测结果更加准确。     

侧限条件下增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性

 用改装的非饱和土直剪仪在无应力及净竖向应力作用下对湿陷性黄土进行分级增湿试验,测量增湿过程中变形及吸力的变化,分析增湿前孔隙比(无应力时)及净竖向应力对增湿时湿陷性黄土的变形及持水特性的影响,探讨无应力与净竖向应力作用时增湿持水特性之间的关系,提出力水耦合作用下孔隙比与吸力关系的表达式及以饱和度与吸力关系表征的持水特性模型。研究结果表明：力水耦合作用下,孔隙比与归一化吸力关系可用对数函数来描述,可以用孔隙比的变化来反映净竖向应力对持水特性的影响。无应力及净竖向应力作用时,只要孔隙比相同,则饱和度与吸力间关系相同。吸力小于阈值时,增湿前孔隙比和力水耦合作用所致孔隙比的变化对含水率与吸力间关系皆有较大影响;大于阈值时,几乎没有影响,且可用同一幂函数描述,据此提出考虑孔隙比变化的修正V-G模型,该模型可以预测无应力及净竖向应力作用时湿陷性黄土的增湿持水特性,预测结果与试验结果吻合较好。     

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。 针对 Winkler 地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法 , 该法能够合理地 考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等 ,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明：桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。     

基于Mein-aLarson模型的非饱和锐利浸润锋模型

降雨入渗模型在渗流理论、地质灾害评价等方面具有重要的理论意义及工程应用价值。基于饱和入渗的Mein-Larson模型及李宁等学者提出的非饱和入渗模型,利用非饱和土的Van Genuchten水土特性及渗透系数模型,提出了简化的非饱和锐利浸润锋模型,用以分析均匀含水率土体及含水率随深度变化的土体,其含水率、浸润深度、吸力等随雨强、降雨持时的变化。通过3种模型在不同工况下与有限元模拟结果进行对比,验证了本文提出的模型能更好的描述黄土中的非饱和水分迁移。