《基於相場理論的正凍飽和岩土介質的本構理論研究》是依託江蘇大學，由陸建飛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於相場理論的正凍飽和岩土介質的本構理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陸建飛
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對正凍飽和岩土介質的記憶效應和其中孔隙水遷移的正確描述是對其進行熱學、力學分析的關鍵。為了描述正凍飽和岩土介質的記憶效應及其中的孔隙水遷移，本課題基於相場理論和混合物理論，首次建立正凍飽和岩土介質的相場理論。通過引入序參量把正凍飽和岩土介質的骨架和孔隙水處理成兩種特殊固體。根據混合物理論，建立骨架及孔隙水的各類守恆方程。利用正凍飽和岩土介質的熵不等式，建立其本構關係。根據所建立的正凍岩土介質的一般相場理論，建立正凍岩土介質的具體相場理論。基於所建立的岩土介質相場理論，建立相應的有限元模型。利用該有限元模型，對正凍岩土介質和其與結構的相互作用進行數值模擬。為驗證所建立的相場理論，本課題擬對正凍岩土介質進行相關試驗。本課題的研究對相場理論及正凍岩土介質熱力學理論的發展，對岩土介質凍脹、凍融的數值模擬及預報，對凍結法施工的設計計算，對水工混凝土的耐久性研究等均具有重要意義。
結題摘要
本課題從理論方面、數值計算方面和試驗方面對飽和正凍土及其和樁基礎的相互作用進行了系統的研究。在理論方面，本課題根據相場理論，建立了正凍飽和土的兩種理論模型，即單相和兩相孔隙水模型。單相孔隙水模型的特點是，通過引入序參量把孔隙流體處理成單相介質；兩相孔隙水模型的特點是，把孔隙流體處理成固液兩相介質，且基於相場理論，通過引入飽和度的梯度項來描述固液相的界面能。此外，本課題還建立了考慮記憶效應的單相物質發生相變時的相場模型，該模型能計及相變過程中和序參量變化相關的應力對應變歷史的依賴。在數值模擬方面，我們重點對凍土和樁基礎的相互作用進行了數值模擬。為了對凍土和樁基礎的相互作用進行數值模擬，我們首先把正凍飽和土處理成層狀地基，並建立了求解層狀飽和土地基的反射透射矩陣(RTM)方法，利用上述RTM方法可得層狀飽和土的基本解，據此可建立凍土中樁基礎的Fredholm積分方程，利用上述積分方程對凍脹土及凍融土和樁基礎的相互作用進行了數值模擬，對凍脹土所引起的樁基礎的凍脹力及凍融土所造成的樁基礎的負摩阻力進行了計算。在數值計算方面，我們還對和起始水力坡降固結相關的移動界面問題， Hansbo非達西滲流下的大變形固結問題及考慮非達西滲流和應力歷史影響的軟土非線性固結問題進行了研究。在試驗方面，我們首先研究了凍結過程中的水分遷移現象，即對凍結過程中，飽和度、溫度梯度、溫度變化率及含鹽率，對凍土中水分遷移和水分重分布的影響進行了系統的研究；對凍土凍結過程中分凝凍的形成規律進行了研究，對溫度場、水分場和力場等三場耦合條件下分凝凍的形成規律進行了系統的研究；對樁基礎和凍土的相互作用進行了試驗研究，系統研究了凍結過程中，樁周土體的溫度、樁頂的上拔位移及樁側摩阻力等隨時間的變化規律。此外，在本課題中，我們還對在靜載和動載聯合作用下，飽和軟土的排水特性進行了試驗研究。
