膨胀性非饱和土的本构模型的研究

《膨胀性非饱和土的本构模型的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、文参京交万方数据博士学位论文膨胀性非饱和土的本构模型的研究ResearchontheconstitutivemodelforunsaturatedeXDanSlVeS0ils●●l国家自然科学基金(51078019，51278047)资助北京市自然基金(8112024)资助作者：李舰导师：赵成刚教授北京交通大学2014年3月万方数据中图分类号：TU431UDC：624学校代码：10004密级：公开北京交通大学博士学位论文膨胀性非饱和土的本构模型的研究Researchontheconstitutivemodelf

2、orunsaturatedexpansivesoils作者姓名：李舰导师姓名：赵成刚学位类别：工学学号：09115307职称：教授学位级别：博士学科专业：岩土工程研究方向：非饱和土本构关系北京交通大学2014年3月万方数据学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位

3、论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：蓊钆导师签名：签字日期：加I￥年≯月2z日签字日期：趵，V年9月)x日万方数据致谢六年之前，怀揣着对梦想的追求和知识的渴望，我来到北京交通大学攻读硕士和博二亡学位，师从于我的恩师——赵成刚教授。赵老师在学术上孜孜以求、不断创新；传道授业、呕心沥血；为人师表、率先垂范。赵老师严谨的治学态度、诲人不倦的师德、宽以待人的处世风范都令我受益匪浅。在我研究生期间，科研内容涉及到的每一环节，都渗透着赵老师的谆谆教导。论文选题的确定、创新点的寻找、科技论文写作方法等的培养无不是在

4、赵老师的耐心的教导下形成的。此外，赵老师在生活中对学生也为人父母般的照顾。值此论文完稿和博士毕业之际，向恩师致以深深的谢意。感谢诸位同门师兄弟姐妹：李伟华、徐春玲、张雪东、黄璐、金旭、王运霞、刘艳、蔡国庆、张卫华、傅方、赵春雷、沙曼、黄启迪、习志雄、王娜、敖国栋、田辉、张桂满、刘敏、邓猛、何旭珍、孔小昂、刘真真、车睿杰、康凯、徐筱、郭艳鑫。感谢研究生期间的生活和学习中有你们的陪伴和帮助。此外，感谢读研期间相处的同学：陈星欣、刘建荣、陈岩、刘丽、刘学彦等。特别感谢我的父母一直以来默默的支持，不求回报。特别感谢评阅

5、论文和出席博士论文答辩的各位专家、教授，感谢您们在百忙之中给予的悉心评阅和指导。李舰2013年12月于北交大万方数据中文摘要摘要：膨胀土区域中的边坡防护、渠道开挖、建筑物基础的不均匀沉降等岩土工程和高放废物地下处置工程中都涉及到膨胀性非饱和土在外荷载和含水量变化作用下的变形、强度、渗流、持水等问题。膨胀土作为一种特殊的土的类型，其行为较为复杂，产生的机理亦异于一般的非饱和土。目前膨胀土的理论很不完善，需要进一步的研究和发展。本文的研究对象，即膨胀性非饱和土不同于一般的非饱和土。一方面，原状粘土、较低含水量的压实

6、粘土以及由膨润土粒状体组成的土体等膨胀性非饱和土均具有明显的双孔隙结构特征。另一方面，由于膨胀土中含有蒙脱石和伊利石等强亲水性矿物，因此土中固相基质与附近液相间的物理．化学作用明显，表现出宏观的湿化膨胀的特性，并且液相的性质随孑L隙的尺寸和其在孔隙中的位置的不同而变化。上述两方面导致膨胀非饱和土的力学和水力行为较一般的非饱和土的行为更加复杂。所以，需要针对膨胀性非饱和土的双孑L隙结构和其膨胀性的特点，发展和完善已有的非饱和土力学的理论，并为进一步的工程应用奠定基础。本文针对具有双孔隙结构的膨胀性非饱和土进行了系

7、统的研究，取得了以下主要研究成果：(1)基于多相孔隙介质理论和基本的物理定律，针对膨胀性非饱和土结构的特殊性，推导得到具有严格理论基础的膨胀性非饱和土外力输入功的表达式。在上述推导过程中，区分了土体内部的宏观孔隙和微观孔隙，以及孔隙中的毛细液相和吸附液相。因此，依据功的表达式可以选取多组功共轭的变量作为进一步构筑本构模型的广义应力和广义应变的变量。其中包括描述宏观和微观变形以及不同尺度的孔隙中液相含量变化的变量等。(2)基于膨胀性非饱和土输入功的表达式以及开放的多相热力学系统中能量一功一耗散之间的关系，建立适用

8、于具有多尺度孔隙结构特征的非饱和土的本构模型理论框架。并且基于该理论框架，通过一些合理的假设和简化，在等向压力条件下建立了双尺度的水力滞回一力学耦合模型。文中首先根据以往研究者常采用的假设条件对上述推导而得的土体输入功的表达式进行了简化。简化后的输入功包含3项，分别为宏观孔隙变形所对应的功，宏观孔隙中毛细液相饱和度变化所对应的功，以及微观结构变化所对应的功。推导过程中，通过选取合适的内