基于热力学与微观结构演化规律的非饱和土土水特征曲线模型

发布时间：2017-12-11 13:25

  本文关键词：基于热力学与微观结构演化规律的非饱和土土水特征曲线模型

  更多相关文章： 非饱和土 土水特征曲线 孔隙分布 变形 毛细滞回 热力学

【摘要】：土水特征曲线(Soil-WaterCharacteristicCurve,简称 SWCC)表征了非饱和土中饱和度Sr(或体积含水量)与基质吸力(或土水势)s间的关系,它是进行非饱和土流-固耦合、非饱和土变形与强度、以及污染物在非饱和土中运移等研究的关键问题之一。本文针对土水特征曲线与土体变形间的耦合问题,进行了一系列的研究,主要工作包括以下几个方面:(1)基于压汞、电镜扫描等试验成果,本文首先从微观的角度出发,揭示了吸力变化时非饱和土微观结构的演变规律,通过建立孔隙分布曲线与孔隙比之间的关系,推导出一个能预测吸力增加时孔隙分布曲线变化的数学模型。该模型中,随着吸力增大,孔隙分布曲线可由初始参考曲线通过三个变化得到:平移、缩放以及分散;经分析,模型中的缩放量、平移量与孔隙比呈线性关系,而分散程度与孔隙比服从单指数衰减。经与多组试验数据比对,所提出的数学模型能较好地预测孔隙分布曲线的变化,再现干化过程中非饱和土内部微观结构的演化。(2)土体微观结构对非饱和土的滞水特性影响巨大,许多模型试图将孔隙分布与滞水曲线相联系,然而大多数模型忽略干湿过程中土体的微观结构变化,如孔隙分布、颗粒大小和形状、颗粒间距离等的变化。此外,吸附水含量变化的影响也并未考虑。本文基于干湿过程中孔隙分布曲线的变化规律,建立了一个能综合考虑水力路径下,颗粒几何尺寸变化、吸附水影响等因素的土水特征曲线模型。随后,对一些试验进行模型预测,预测结果与实测数据对比表明,模型能较好的反映干湿路径下,土体微观结构对土-水特征曲线的影响。(3)基于热力学内变量理论,建立一个能同时考虑非饱和土体积变形与毛细滞回效应影响的土水特征曲线模型。由热力学第二定律的推演可知:塑性变形与毛细滞回现象实际上是一种耗散行为;饱和度与吸力间的变化关系不唯一原因在.于饱和度变化不仅与液相变化相关,也受到固相变化的约束和影响,即液相体积变化和固相体积变形间存在耦合作用。从微观物理机制上揭示了变形与吸力间的相互作用以及滞回现象发生机理,基于此建立以一个能够综合考虑滞回效应与变形的SWCC一般性模型。利用边界面理论,通过引入两个新参数,建立了一个简化的可同时考虑塑性孔隙变化及毛细滞回效应的新模型。通过模型预测与现有试验数据进行了比对验证,计算结果证明该模型不仅能考虑土体变形的影响,同时能较为准确地模拟毛细滞回行为,模型预测结果与实测数据吻合较好。(4)基于上述土水特征曲线模型,采用多孔介质理论,通过推导建立了一个非饱和土水力-力学耦合本构模型。模型预测和试验数据对比表明:所提模型能较好的模拟非饱和土水-力学耦合行为,预测结果基本与试验结果吻合。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU43

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吴礼舟;黄润秋;;一维非饱和土热-湿耦合的数值解[J];水土保持研究;2011年04期

2 陈正汉,卢再华,朱元青;非饱和土的理论与实践[J];力学与实践;2001年05期

3 凌华;殷宗泽;蔡正银;;非饱和土受荷后的单向初期变形和固结变形[J];河海大学学报(自然科学版);2007年01期

4 陈建斌;孔令伟;赵艳林;吕海波;;非饱和土的蒸发效应与影响因素分析[J];岩土力学;2007年01期

5 凌华;殷宗泽;;非饱和土二、三维固结方程简化计算方法[J];水利水电科技进展;2007年02期

6 缪林昌;;非饱和土的本构模型研究[J];岩土力学;2007年05期

7 凌华;殷宗泽;;非饱和土强度随含水量的变化[J];岩石力学与工程学报;2007年07期

8 赵义诚;王钊;;非饱和土沉降计算的简化公式[J];岩土工程界;2007年07期

9 查甫生;刘松玉;杜延军;崔可锐;;非饱和黏性土的电阻率特性及其试验研究[J];岩土力学;2007年08期

10 曹雪山;殷宗泽;凌华;;非饱和土受压变形的简化计算研究[J];岩土工程学报;2008年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘泽佳;李锡夔;;非饱和土化学-水力-力学耦合行为数值模拟[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

2 卞祚庥;白云;叶为民;陈宝;朱合华;;非饱和土的土水特征曲线[A];2004年度上海市土力学与岩土工程学术年会论文集[C];2004年

3 韦昌富;李幻;王吉利;;考虑弹塑性变形和毛细循环滞回的非饱和土本构模型[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年

4 孙德安;;非饱和土的水力和力学性状耦合的弹塑性模拟[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年

5 陈正汉;;非饱和土的理论与实践[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年

6 张丙印;王昆泰;;非饱和土污染物抽气清除法及有限元模型[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

7 王成华;李广信;王真;;确定非饱和土渗透系数的间接方法简评[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（上册）[C];2003年

8 李向东;罗晓辉;吴瑞麟;;非饱和土损伤模型与应用[A];第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2007年

9 赵成刚;蔡国庆;;非饱和土广义有效应力原理[A];第一届全国岩土本构理论研讨会论文集[C];2008年

10 涂平晖;赵慧丽;张弥;;饱和度的变化对非饱和土抗剪强度参数影响的试验研究[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2001年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 张晓冬 阳雄 郑明朗;陈正汉：厚木板钻二十年[N];科技日报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 丁育青;非饱和黏土动态力学特性及其本构关系研究[D];国防科学技术大学;2013年

2 刘文化;干湿循环对非饱和土力学特性影响及非饱和土本构关系探讨[D];大连理工大学;2015年

3 黄启迪;基于热力学与微观结构演化规律的非饱和土土水特征曲线模型[D];北京交通大学;2017年

4 刘艳;非饱和土的广义有效应力原理及其本构模型研究[D];北京交通大学;2010年

5 凌华;非饱和土强度变形实用计算方法[D];河海大学;2006年

6 徐炎兵;非饱和土两相流模型及其应用研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2008年

7 蔡国庆;基于多孔介质理论的土体多场耦合模型及其在非饱和土本构建模中的应用[D];北京交通大学;2012年

8 徐明江;非饱和土地基与基础的动力响应研究[D];华南理工大学;2010年

9 李幻;考虑任意干湿循环变化历史的非饱和土本构理论[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2010年

10 韩晓雷;非饱和沙漠地基土的理论和工程应用研究[D];西安建筑科技大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孙必雄;降雨入渗下非饱和土填方路基的渗流特性与稳定性研究[D];华南理工大学;2015年

2 高帅;非饱和原状黄土三轴增湿剪切试验研究[D];西北农林科技大学;2015年

3 黄辉;川西山区崩坡积混合土循环荷载作用下非饱和动本构模型研究[D];西南交通大学;2015年

4 蒋振宇;非饱和土中地铁站深基坑支护结构变形研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 李小慧;魏家沟滑坡滑带土非饱和蠕变特性试验研究[D];华北水利水电大学;2015年

6 霍攀;两种应力路径的非饱和CH_3COOH污染土强度与变形研究[D];中国矿业大学;2015年

7 毛清志;石家庄地区非饱和土抗剪强度的三轴试验研究[D];河北工业大学;2015年

8 祁晓翔;杭州典型非饱和砂质粉土的力学特性试验研究[D];浙江工业大学;2014年

9 马璐;重庆地区极端气候对非饱和土物理力学性能的影响规律研究[D];重庆交通大学;2015年

10 沈宏亮;非饱和红壤土降雨入渗与强度变化特征试验研究[D];东华理工大学;2015年

，

本文编号：1278622