非饱和膨胀土本构关系研究

本课题以非饱和土的微观及力学实验为基础，运用临界状态土力学理论建立其本构关系理论。搞清了膨胀土膨胀与收缩机理及持水量与土粒结构和膨胀势的关系。提出了反向加载湿胀面概念，建立了加载湿陷面和反向加载湿胀面的耦合关系模型。模拟了塌陷导致的湿化、膨胀导致的湿化和混合加卸荷及干湿循环等各向同性条件下三种加载路径；模拟了变吸力下常围压、变围压下常吸力和一定剪应力水平下的试样湿化三种类型的三轴试验。建立了非饱和土弹塑性固结与渗流耦合分析模型，并开发相关的有限元析计算程序，为解决膨胀土地区的工程问题奠定了理论基础，同时还对具体工程进行了基质吸力测试和分析评价。 2100433B

膨胀土是一种特殊疑难的非饱和粘土，随含水量变化具有吸水膨胀脱水收缩的特征，膨胀土的力学特性受含水量或吸力的强烈影响，这主要由于膨胀土中的含水量变化导致其结构特征、电阻率发生变化，有关膨胀土结构特征对膨胀土力学特性变化规律和影响因素的研究和认识将对相关工程的建设、维护和运营产生巨大的经济效益。电阻率是表征材料结构特性的一个重要参数，利用电阻率技术进行非饱和膨胀土结构特征的研究，研究电阻率与结构特征的关系，同时研究电阻率与强度和变形的关系，通过电阻率参数建立膨胀土的结构特征与强度变形的关系，研究非饱和膨胀土应力-应变的关系和结构特征，建立既能反应剪胀又能反应剪缩并能反应结构特征的非饱和膨胀土的弹塑性本构模型，实现对非饱和膨胀土体积变形规律的预测研究。 2100433B

进一步研究并发展非饱和膨胀土的抗剪强度公式，引入非线性系数表达抗剪强度的非线性，并对非线性系数的影响因素进行分析，使其物理意义更加明确。在此基础上就如何将广义摩尔-库仑破坏准则在非饱土中的应用进行深入探索。从试验出发，首先对标准砂在从饱和状态向非饱和状态转变的过程中，邓肯-张E-B模型参数在基质吸力的影响下的变化规律进行分析，得到对于砂土的E-B推广模型，然后再重点对非饱和膨胀土进行常规三轴试验和非饱和三轴试验研究，得到E-B模型参数与基质吸力的变化规律和关系式，再将基质吸力用较容易测量的参量来代替，进一步修正邓肯-张E-B模型，便于工程实际的应用。结合以上研究成果，采用大型的压力板仪进行膨胀土边坡的模型试验，针对膨胀土边坡裂隙的初始开裂、开展深度与边坡中基质吸力发展变化的关系，以及基质吸力变化对边坡稳定性的影响进行研究，并进行裂隙对膨胀土边坡稳定性影响的数值分析。 2100433B