《非飽和膨脹土的裂隙性及跨尺度擾動狀態本構模型研究》是依託西南大學，由汪時機擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非飽和膨脹土的裂隙性及跨尺度擾動狀態本構模型研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：汪時機
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
裂隙性是膨脹土的重要結構特徵，孔隙/裂隙擾動是影響膨脹土強度、變形和滲透性的重要因素，岩土擾動狀態理論是當前岩土力學研究的前沿課題之一。. 本項目以南陽和邯鄲的膨脹土為研究對象，通過與CT掃描結合的乾-濕循環試驗、三軸試驗、脫-增濕試驗和圖像技術，系統研究膨脹土在荷載和濕度改變過程中，擾動局部應變場、水分場及其演化規律；明確巨觀力學回響與局部擾動之間的對應關係；運用跨尺度關聯理論和雙尺度漸近分析方法，確定相應擾動狀態變數，建立非飽和膨脹土跨尺度擾動狀態本構模型；闡明孔隙/裂隙擾動對膨脹土力學特性的影響機制。項目研究對建立膨脹土強度理論，揭示膨脹土邊坡的失穩機理，探索膨脹土地區滑坡災害的防治方法有非常重要的意義。
結題摘要
在氣候乾濕交替變化過程中，土體反覆脹縮，裂紋萌生、擴展，裂隙破壞了土體的完整性，使其強度降低，變形增大，超固結性喪失；發育的裂隙構造為水的滲入提供了通道，進一步加劇了土性的劣化。定量研究土體脹縮裂隙的演化特徵及其對土體結構-力學-水力特性的擾動規律，對揭示土體劣化失穩機理，探索地基失穩、滑坡等岩土工程災害預測與防治方法有非常重要的意義。 （1）從定性與定量兩個維度研究土體三維空間裂隙與乾濕循環之間的關係。裂隙開展分為3 個階段：裂隙醞釀期、裂隙快速發育期和裂隙平穩發展期，裂隙發育主要發生在裂隙快速發育期。從CT圖像的灰度值以及灰度共生矩陣特徵值：角二階矩（angular second moment，ASM）和對比度（contrast，CON），研究在乾濕循環作用下裂隙圖像的灰度值及其紋理的變化規律，試樣徑向裂隙面積、軸向高度與累計乾縮體變之間的近似關係，以裂隙體積定義的符合Logistic 函式變化規律的擾動函式，可以預測裂隙在試樣局部的發展及分布情況；由ASM 和CON 定義的擾動函式與由土體原生聯結結構強度定義的擾動函式變化曲線吻合度高，基於灰度共生矩陣特徵值的擾動函式能很好地描述脹縮裂隙擾動下的土體強度特性和滲透特性。考慮土體結構性的擾動函式的跨尺度土體擾動狀態本構模型，為建立考慮裂隙擾動的土體強度理論和本構關係提供科學依據。 （2）基於Fredlund 雙應力變數理論及van Genuchten 土-水錶征方程，構建考慮土體變形及多孔隙分布形態的雙應力狀態變數的廣義SWCC 方程。方程僅3 個參數，其中2 個參數在雙對數坐標系的“相對體積含水比-吸力”平面中進行最小二乘法線性擬合得到，僅1 個參數需非線性最小二乘法擬合得到。該模型可利用不同應力狀態下的至少3 個土水試驗數據點，繪製出一條具有足夠精度的單峰SWCC；方程考慮了多峰孔隙機率密度函式分布及土體變形因素，模型為定量描述及預測不同孔隙結構土體雙應力狀態下的持水特性、滲透特性和強度特性提供了簡單實用的結構-力學-水力本構關係新途徑。
