基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

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1、万方数据第42卷第3期2011年3月中南大学学报(自然科学版1Jou—r—nalo—fCentral—SouthUn—i—versity(ScienceandTechnology)、，01．42No．3Mar．20ll基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算范臻辉1，张春顺2，肖宏彬3(1．中南大学土木建筑学院，湖南长沙，410075；2．悉尼大学岩土工程研究中心，澳大利亚悉尼，2006；3．中南林业科技大学土木工程与力学学院，湖南长沙，410004)摘要：在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上，基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模

2、型，选用适用的土一水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程，根据流固耦合力学的理论与方法，将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程，建立渗流一变形耦合分析模型。该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响)，并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程。通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性。研究结果表明：采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果。关键词：非饱和膨胀土；流固耦合特性；有限元分析；变形中图分类号：

3、TU443文献标志码：A文章编号：1672—7207(2011)03-0758-07Simulationanalysisofdeformationforunsaturatedexpansivesoilsbasedonfluid·solidcouplingcharacteristicsFANZhen—huil，ZHANGChun—shun2，XIAOHong—bin3(1．SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，CentralSouthUniversity,Changsha410075，China；2．Geot

4、echnicalEngineeringCenter,SydneyUniversity,Sydney2006，Australia；3．CollegeofCivilEngineeringandMechanics，CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410004，China)Abstract：Anelastic-plasticconstitutivemodelforunsaturatedexpansivesoilwasderivedwithsinglevariabletheoryin

5、effectivestressprinciple，whichincludestheunsaturatedcharacteristicsofthesoil．Appropriatesoil—watercharactercurvesandpermeabilitycoefficientequationwereselectedinderivation．TheswellingorshrinkingbehaviorofexpansivesoilsWastreatedasacouplingdynamicprocessaccordingtothetheoryandm

6、ethodoffluid-solidcouplingmechanism，fromwhichaseepage—deformationcouplingmodelwasestablished．Thismodelconsidersthechangesofvoidratiosandpermeabilityparameters(includingtheinfluenceofeffectivestresses)inducedbyfluid-solidcouplingeffectandmoreover，andtheabsorptionandlosingofwate

7、rofexpansivesoilsweresimulatedbysettingboundaryvoidwaterpressureformatrixsuction)．Thereliabilityandcorrectnessoftheproposedmodelwereverifiedbylaboratoryloadingtestforexpansivesoilmtermsofseepageanddeformation．Theresultindicatesthatthenumericalsimulationisabletowellcalculateand

8、predicttheexpansivesoils(swellingorshrinking)withgoodaccuracy