《考慮微觀機理的膨脹土體變模型及地基變形計算》是依託武漢大學，由鄒維列擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：考慮微觀機理的膨脹土體變模型及地基變形計算
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄒維列
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
體變模型是研究非飽和土屈服應力-吸力、剪下強度-吸力關係的基礎，要建立飽和土與非飽和土之間的本構聯繫就必須確定土體積變化規律。而現有體變模型還存在不足，膨脹土地基變形計算方法也過於簡化。 本項目從壓實膨脹土微觀結構入手，探求孔隙內不同形態水相含量與孔隙比和飽和度之間的函式關係，建立壓實膨脹土在不同應力水平下脫/吸濕微觀結構水相演化概念模型；在此基礎上，簡化BExM模型中難以獲取的模型參數，結合不同應力路徑的體變試驗，將正常壓縮曲線由半對數坐標系中的直線修正為曲線，建立能夠描述全應力範圍內壓實膨脹土脫濕/吸濕體變特性的數學本構模型；通過分別控制應力和孔隙比的SWCC試驗，探明SWCC的本質影響因素，建立能夠考慮體變的三維土水特徵曲面及其函式方程；以體變模型為基礎，結合非飽和土滲流理論，建立考慮初始狀態和應力路徑影響的壓實膨脹土地基變形計算理論與方法，並通過地基模型試驗加以驗證和修正。
結題摘要
本項目基於膨脹土地基災害頻發，而現有膨脹土體變理論尚有缺陷、膨脹土地基變形計算方法過於簡化的背景，開展了以下四個內容的研究： （1）膨脹土體變的微觀機理研究； （2）膨脹土體積變化本構模型研究； （3）孔隙比和應力狀態對膨脹土SWCC的影響研究； （4）膨脹土地基變形計算理論與方法研究。 取得的成果如下： （1）從壓實膨脹土的孔隙結構入手，通過室內試驗，研究了非飽和土狀態變數淨平均應力和基質吸力（含水率）對壓實膨脹土宏、微觀孔隙結構演化的影響，探明了壓實膨脹土體變的微觀機理，從而為建立膨脹土體變模型打下了基礎； （2）建立了考慮壓實膨脹土微觀孔隙結構影響的體變本構模型。該模型能夠描述等含水率和等基質吸力狀態下，壓實膨脹土的非線性NCL特性以及壓縮過程中飽和度的變化，並能夠預測壓縮量隨豎向應力的增大先增大後減小的非單調變化規律。 （3）試驗結果表明，孔隙比才是影響SWCC的直接因素，而應力狀態是通過影響孔隙比而影響SWCC的間接因素。因此，在建立SWCC模型時，應以孔隙比而不是應力狀態作為變數；在含水率-基質吸力-孔隙比三維空間中，建立了考慮膨脹土體變影響的土-水特徵曲面及其函式方程； （4）基於非飽和土理論，提出簡單實用的膨脹土地基增濕變形的計算理論和方法； （5）提出了膨脹土“殘餘膨脹力”的概念，並建立了反映蒙脫土含量和NaCI溶液濃度影響的殘餘膨脹力預測模型； （6）基於土的土-水特徵曲線（SWCC）和收縮特徵曲線（SSCC）的特點以及二者之間的聯繫，採用三直線的分段 SSCC模型，結合非飽和土的三相比例關係，推導出了非飽和土孔隙比與基質吸力之間關係的通用模型。 （7）提出了預測 van Genuchten（VG）模型參數 n的一個土壤轉換函式（pedotransfer function, PTF），該函式是 一個非線性回歸方程，與初始孔隙比 e0 的回歸方程結合起來，用以預測不同初始孔隙比土的土-水特徵曲線 （SWCC）。
