非饱和双重孔隙介质的势函数本构方程及应用

为了分析复杂岩土工程多场多相耦合效应,需要建立非饱和双重孔隙介质的一般本构理论框架。把双重孔隙介质视为两个单重孔隙介质的嵌套叠加,利用各组分应变与孔隙变形之间的内在联系,从经典混合物理论出发推导了非饱和双重孔隙介质的能量守恒方程。通过功共轭对之间的力学性质建立了小应变条件下非饱和双重孔隙介质的一般势函数本构方程。作为一般势函数本构方程的应用,把势函数取为应变量的二次多项式,假定各共轭量之间相互独立,获得了非饱和双重孔隙介质的各向同性线弹性模型,并根据试验数据确定了模型参数。当非饱和双重孔隙介质退化为饱和双重孔隙介质或非饱和单重孔隙介质时,本文模型退化为已有的相应模型。本文获得的一般势函数本构方程可以指导非饱和双重孔隙介质的具体建模工作,线弹性本构方程可用于建立相应的固结控制方程。

简谐线载荷作用下考虑预应力的流体饱和双重孔隙介质层的动力响应

基于Biot型流体饱和双重孔隙介质理论,考虑地基和基岩的预应力,在平面应变条件下研究了下卧垂向不均匀粘弹性半平面基岩的有限厚度双重孔隙地基在简谐线载荷作用下的动力响应。根据Berryman理论,通过引入势函数和运用Helmholtz原理,并利用Fourier变换求解本问题的控制微分方程,得到变换域内应力、位移、孔隙水压力的一般解。结合边界条件,利用Fourier逆变换得到了相应的数值计算结果。结果表明:双重孔隙和半平面的竖向位移随频率、基质孔隙、阻尼因子、不均匀性、预拉应力的增大单调递减;基质孔隙和裂缝孔隙水压力随渗透率的增大单调递减,随频率的增大单调递增。

Love波在预应力流体饱和双重孔隙介质层中传播的特性

基于扩展的Biot理论,研究了覆盖于各向异性不均匀弹性半空间上的受预应力流体饱和双重孔隙介质中Love波的传播.推导了速度的频散方程以及Love波速的上下界限,讨论了孔隙率、不均匀性、各向异性和预应力等参数对波速的影响.通过数值计算,结果发现孔隙介质层基质孔隙的孔隙率、裂隙孔隙率及基质孔隙的孔隙率占总孔隙率的比重越大,Love波的波速越大;随着不均匀程度的提高及各向异性系数的增大,Love波的波速增大.无论是在双重孔隙介质层中还是弹性半空间中,预拉应力会使Love波的波速提高,而预压应力会降低Love波的波速.

双重孔隙流体饱和介质弹性波散射二维IBIEM模拟

基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method, IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。

饱和块状混合回填土地基的一维固结分析

用块状渣土置换软弱地基和回填低洼谷地等是处置工程渣土的有效途径。为了分析饱和块状混合回填土地基的固结性状,运用混合物理论建立了其一维固结模型。首先,假定块状土固相和充填土固相之间满足等应变条件,获得了饱和块状混合回填土中各相应变与块状土孔隙变形和充填土孔隙变形的关系式。其次,在小应变条件下,根据自由能势函数方程建立了饱和块状混合回填土的一维线弹性本构方程,再结合达西定律和应力平衡方程获得了一维固结控制方程。再次,利用分离变量法得到一维固结解析解,通过退化本文模型与已有模型进行对比,验证了本文模型的正确性。最后,基于所得解析解,分析了充填土孔隙渗透系数、块状土孔隙渗透系数以及流体交换参数等因素对饱和块状混合回填土地基固结性状的影响。分析结果表明:充填土孔隙渗透系数对饱和块状混合回填土地基整体固结性状起主导作用;在固结初期,块状土超孔压会有一定程度的上升,且3个参数具有相似的作用机理。