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《膨胀性非饱和土中固-液相间的毛细与物理-化学作用的模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2014年第59卷第23期：2290~2300《中国科学》杂志社论文www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS膨胀性非饱和土中固-液相间的毛细与物理-化学作用的模型①①②*①①李舰,赵成刚,蔡国庆,郭艳鑫①北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;②桂林理工大学土木与建筑工程学院,桂林541004*联系人,E-mail:cgzhao@bjtu.edu.cn2013-10-31收稿,2014-01-07接受,2014-07-01网络版发表国家自然科学基金(51
2、278047)和广西自然科学基金创新团队项目(2012GXNSFGA060001)资助摘要膨胀性非饱和土中液相与固相基质间的相互作用,依据其形成机理不同,可分为毛细关键词和物理-化学作用.然而,目前建立的非饱和土本构模型多是基于毛细机理提出的,忽略了后膨胀性非饱和土者对土体力学和水力行为的贡献.对于膨胀性非饱和土而言,固-液相间的物理-化学作用显二元介质模型著,并且致使土体具有复杂的行为特征.为了能够对膨胀性非饱和土的力学和水力行为进行吸附液相毛细作用全面、合理地解释和描述,本文建立了1个适用于膨胀性非饱和土的二元介质
3、模型.首先,文物理-化学作用中将膨胀性非饱和土抽象为由2个理想部分即理想毛细部分和理想黏吸部分组成,并且针对两者分别建立了理想模型.其次,利用参与函数反映土中2种理想部分所占的比重,以此描述实际情况下土体的力学和水力行为的特征.最后,利用该模型对膨胀性非饱和土在压缩和控制吸力情况下的力学和水力行为进行预测.通过模型预测结果和已有的试验数据的对比可知:该模型能够较好地描述膨胀性非饱和土的行为.[4]膨胀性非饱和土是一种具有湿胀特性的土体,近液相间的物理-化学作用相关.Derjaguin等人指[1]其膨胀行为与土中的矿物成
4、分相关.Gens和Alonso出与物理-化学作用相关的力包括长程静电力(如双指出膨胀性非饱和土的行为与颗粒间的力学和物理电层力)、短程范德华力、水化力以及相邻黏土颗粒化学现象密切相关,这些现象又与土中黏土矿物成表面双电层场间的相互作用形成的长程力.在这些[2,3]分的特殊性质有关.以往研究指出为了描述非饱力的作用下形成的吸附液相主要由结合水组成.[7]和土的行为,需要选取2个独立的应力状态变量即基Gens亦将基质吸力定义为1个描述液相吸附到固相质吸力和净应力.值得注意的是,基质吸力(或势能)程度的量,并指出当基质吸力较
5、大时,液相吸附到固[4,5]由两部分组成即毛细部分和黏吸部分.其中,基相的程度较大,但并不能认为是传统意义上的负孔质吸力的毛细部分可称为毛细吸力,并且其大小可隙水压力较大.awaw表示为()uu(u和u分别为孔隙气压力和孔隙通常对于低塑性的非饱和土而言,土中液相与水压力).毛细吸力通常与毛细现象相关,该现象由固相基质间的物理-化学作用较弱,因此可忽略基质[6]吸力的黏吸部分.然而,对于膨胀性非饱和土而言,气液交界面处的表面张力引起.在表面张力作用,即毛细作用下形成的毛细液相主要由自由水组成.基质吸力的黏吸部分对土体的
6、力学和水力行为具有此外,基质吸力的黏吸部分与土体固相基质及其附重要影响,不容忽视.并且基质吸力中黏吸部分的比引用格式:李舰,赵成刚,蔡国庆,等.膨胀性非饱和土中固-液相间的毛细与物理-化学作用的模型.科学通报,2014,59:2290–2300英文版见:LiJ,ZhaoCG,CaiGQ,etal.Amodelconsideringsolid-fluidinteractionsstemmingfromcapillarityandadsorptionmechanismsinunsaturatedexpansiveclays
7、.ChinSciBull,2014,59:3314–3324,doi:10.1007/s11434-014-0411-6论文[24,25][26,27]重会随着含水量的减少即基质吸力的增加而逐渐增本文试图仿照扰动本构模型、损伤本构模型[28,29]加,从而引起膨胀性非饱和土的力学和水力行为的和二元介质模型的建模方法,建立1个适用于膨特征发生变化.胀性非饱和土的二元介质模型,以此同时考虑土中一方面,当含水量较高,即基质吸力较小时,土液相与固相基质间的两种作用.中液相主要由毛细液相组成,此时基质吸力中的毛基于前文的分析,文
8、中首先将膨胀性非饱和土细部分占优.在该范围内,膨胀性非饱和土的力学和抽象为由2个理想部分组成,即理想毛细部分和理想水力行为与一般的非饱和土的行为一致,表现为压黏吸部分的土体,两者分别处于理想情况.其中,在硬性、湿陷性、毛细滞回性等.其具体表征为:(1)击理想毛细情况下,我们假设土体的力学和水力行为实土中集聚体间的排列受外荷载大小、
