任意干湿路径下非饱和土的水力耦合本构模型

大量试验表明饱和土样经历脱湿过程进入吸湿阶段后,在高饱和度区域,残余气体会以封闭气泡的形式分布在土样孔隙中,此时土样呈现较大的压缩性,当吸湿过程结束基质吸力再为0 kPa时,土样并不会达到完全饱和状态。韦昌富等(2008)提出的非饱和土的本构模型没有考虑残余含气量的影响,认为土样在吸湿过程后仍能达到完全饱和状态,这与实际情况有一定偏差。为了更精确地模拟真实情况,基于考虑不同残余含气量的毛细滞回内变量理论和忽视残余含气量影响的非饱和土的水力耦合本构模型,提出了考虑不同残余含气量影响的非饱和土的修正本构模型。通过和实测数据的比较,修正模型可以较好地模拟任意干湿路径下的非饱和土力学特性。

任意干湿路径下非饱和岩土介质的土水特征关系模型

土水特征曲线(SWCC)代表着基质吸力与含水量关系不是一一对应的,在反复干湿循环路径下该曲线呈现出循环滞回特性。岩土介质在经历反复干湿循环之后,部分气体会以气泡的形式残留于孔隙中;这种残留的气体会对土水特征关系和流体的渗透系数产生重要影响。基于毛细循环滞回的内变量理论和传统的土水特征关系经验模型,提出了一个能模拟在任意干湿循环路径下土水特征关系的数学模型。特别地,该模型考虑了介质中的残余含气量对循环土水特征关系的影响。在循环滞回边界给定的情况下,该模型只包含一个材料参数;该材料参数可以由任意一条一阶扫描线(或其上的一个数据点)来确定。利用所提出的数学模型结合欧拉迭代计算方法,对已有文献中的粉土、烧结玻璃珠、石灰岩及白云岩等不同岩土介质在任意干湿循环路径下的SWCC试验曲线进行了模拟。通过将预测结果与现有试验数据进行对比,验证了该模型对描述复杂干湿循环路径下的土水特征关系的有效性。