非飽和土有效應力方程的試驗驗證

《非飽和土有效應力方程的試驗驗證》是依託大連理工大學,由邵龍潭擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非飽和土有效應力方程的試驗驗證
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邵龍潭

項目摘要

套用連續介質力學方法，分別把土骨架、孔隙水和孔隙氣作為獨立的研究對象。通過隔離體受力分析,分開考慮孔隙流體壓強和其它外力對土骨架的作用得到每一相的平衡微分方程。由此得到非飽和土的有效應力方程，證明了有效應力就是不包含孔隙流體壓強的所有其它外力作用產生的土骨架應力。飽和土與非飽和土的有效應力是統一的。它與Vanapalli和Fredlund根據試驗提出的非飽和土抗剪強度公式中的應力表達式相同，說明非飽和土的抗剪強度取決於有效應力。為了驗證非飽和土的變形也取決於有效應力，申請者研發了測試儀器，擬開展非飽和粘土的開裂試驗、側限壓縮和三軸試驗，將試驗結果與理論結果或與飽和土試驗結果的對比驗證有效應力方程的適用性。其中三軸試驗採用土樣變形數字圖像測量系統，並將土樣變形和含水量分布的數值模擬與試驗測量結合起來。. 提出並驗證非飽和土的有效應力方程，對建立非飽和土力學理論體系，對土力學學科發展有重要意義。.

結題摘要

首次提出土骨架水的概念，將土分成飽和土、非飽和土和乾土。明確了有效應力的物理意義，完善和修正了有效應力原理。分離考慮孔隙流體壓強和其它外力的作用，分別採用分相平衡方程、粒間力分析、土體斷面內力分析、外力土骨架應力的定義、現有的孔隙介質力學平衡方程等5種方法推導出非飽和土的有效應力方程，從理論上說明有效應力是不包含孔隙流體壓強的所有其它外力作用產生的土骨架應力，是控制土骨架的強度和變形的應力。為了驗證非飽和土的有效應力方程，重新設計研製了非飽和土三軸試驗儀、非飽和土土水特徵曲線和導水係數聯合測定儀、改制了高壓固結儀、搭建了環刀土樣乾燥收縮試驗裝置。開展了矽微粉、桂平粘土、高嶺土、尾礦砂與高嶺土的混合土的土水特徵曲線、導水係數、直接剪下和三軸壓縮試驗，同時引用他人的非飽和土抗剪強度和變形試驗結果，通過對試驗資料進行重新分析，證明了無論在飽和還是非飽和條件下，當孔隙流體壓強作用對土的抗剪強度和變形的影響可以忽略時，土的有效應力是決定其強度和變形的應力。此外還開展了非飽和土導水係數的研究。本研究明確了有效應力的物理意義，確立了土力學和孔隙介質力學的統一的有效應力方程，修正和完善了有效應力原理。鑒於有效應力對土力學和岩土工程的重要性，研究成果對土力學和岩土工程學科的發展具有重要意義。將有助於建立飽和與非飽和土統一的土力學理論體系，對於解決非飽和條件下的岩土工程問題具有理論意義和實際套用價值。在本項研究中出版英文專著1部、發表學術論文15篇、申請國家發明專利7項（已授權2項）、國際發明專利1項，軟體著作權2項。參加與非飽和土相關的學術會議10次並做學術報告，承辦相關的學術研討會2次。邀請國內外知名專家學術交流4次。結合本項目發展的土樣變形數字圖像測量方法和研製的非飽和土試驗儀器，如非飽和土三軸試驗儀、導水係數和土水特徵曲線聯合測定儀、土樣乾燥收縮試驗裝置等均已經實現成果轉化，可以推廣套用。