土水特征曲线(SWCC)的滞回特性模拟研究.pdf

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1、JournalofEngineeringGeology工程地质学报1004-9665／2010／18(6)一0920-06土水特征曲线(SWCC)的滞回特性模拟研究张雪东①赵成刚②刘艳②蔡国庆②(①中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京100048)(￡京交通大学土木建筑工程学院北京100044)摘要为了模拟非饱和土的水力、力学特性在多次降雨、蒸发过程中的变化特性，本文以传统域模型的基本原理为基础，推到得到了一个能够模拟SWCC滞后性的计算模型，该模型计算方法简单，易于通过程序实现，且通过与试验数据和其他模型的计算结果对比，验证了该模型的合理性，同时，这个模型可为研

2、究在复杂吸力变化状态下非饱和土的渗流特性、强度特性以及本构模型的研究打下一定的基础。关键词非饱和土土水特征曲线域模型滞回性中图分类号：TU411．2文献标识码：ASIMULATIoNANDHYSTERESISMODELFORSOIL—WATERCHARAC．TElUSTICCURVESZHANGXuedong①ZHAOChenggang②LIUYan②CAIGuoqing②((~DepartmentofC,eotechnicalEngineering；ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch，Belting

3、100048)((~)SchoolofCivilEngineeringandArchitecture；BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044)AbstractThispapersimulatesthevariationlawofmechanicalandhydraulicbehaviorunsaturatedsoilsintheprocessofrepetitivelyrainingorevaporation．Itestablishesahysteresismodelonthebasisofthebasicprincipleof

4、traditionaldomainmode1．Themodelissimpleandcanbeeasilyadaptedtoprogramming．Itiscomparedtosomeexperimentaldataandotherhysteresismodels．ThereliabilityoftheproposedmodeliSvalidated．Theresultdemon—stratesitsgoodapplicabilityinpractice．Meanwhile，thismodelcanbeusedasabasisintheresearchoftheper

5、me—abilityandstrengthcharacteristic，togetherwiththeconstitutivetheoriesforunsaturatedsoils．KeywordsSoil．WaterCharacteristicCurve，SWCC，Hysteresismodel，Unsaturatedsoilmechanics特征曲线主要用于估算土的渗透系数引、强度以及1引言应力状态等一些力学和水力学特性参数。试验结果表明，土水特征曲线具有明显的滞回特性，即在土水特征曲线(SWCC)描述了土中的含水量和经过一个吸力(或含水量)变化循环后，土中含水量

6、基质吸力之间的关系⋯。在非饱和土力学中，土水(或吸力)的变化不可恢复；根据不同的基质吸收稿日期：2009—11—05；收到修改稿日期：2010—10—18．基金项目：国家自然科学基金(50778013)北京市自然科学基金(8082020)，水利部公益性行业科研专项(200801133)“高心墙堆石坝安全性评价技术研究”．第一作者简介：张雪东，主要从事非饱和土方面的研究．Email：~eMo@gmail．COlll18(6)张雪东等：土水特征曲线(SWCC)的滞回特性模拟研究921咖*舡力变化历史，土水特征曲线可分为边界～曲0线和扫描)d4,d4,代表土中那些在吸力由变

7、为-d4,线，图1给出了土水特征曲线滞回圈中各种相关曲时会瞬时吸水饱和、而由变为+时会瞬时线的定义。排空的孔隙的体积占土总体积的百分比；根据定义封闭气体可知(，)≥0，而将f(，)d4,d4,在土中初始干燥曲线的含水区域D积分，即得到土的体积含水量0，即：一主(边界)干燥曲线0=J，)d4,d4,(1)D为了简化计算，Mualem引入了相似性假定]，一线即认为I厂(，)可表示为两个独立的分布函数h一叶一T_一—=()和Z()的乘积，而后利用N6elH图表法确定L23含水区域的积分区间D，得到主浸润和干燥曲线的基质吸力／kPa方程分别为：图1土水特征曲