超固结饱和盐渍黏土化学-力学耦合模型及其验证

为了能够准确预测渗透吸力对超固结饱和盐渍黏土力学行为的影响,建立考虑渗透吸力影响的超固结饱和盐渍黏土弹塑性理论模型,为预测饱和盐渍黏土化学-力学耦合行为提供理论依据。该模型是在统一硬化(UH)模型的理论基础上,通过引入渗透效率参数和耦合应力,建立一个同时考虑渗透吸力、固结度和化学-力学耦合效应的统一硬化(UH)模型,并获得超固结比与渗透吸力的理论表达式。结果表明新模型具有如下优势:(1)借助耦合应力的概念可以描述渗透吸力诱发的变形软化和强度硬化效应;(2)在只增加2个参数的基础上就能准确预测不同应力历史、排水条件和含盐条件下饱和盐渍黏土的化学-力学耦合行为;(3)可以揭示饱和盐渍黏土超固结比与渗透吸力的依赖性以及化学-力学耦合行为的作用机制。另外,研究结果为化学环境作用下黏土化学-力学耦合分析及行为预测提供了宝贵的理论基础。

饱和盐渍黏土弹塑性行为的试验及理论研究

为了研究孔隙溶液种类和浓度、超固结程度对饱和黏土应力–应变曲线和剪胀行为等力学性能的影响,开展一系列控制含盐条件和超固结比(OCR)的三轴压缩试验。试验结果指出,孔隙盐溶液的成分和浓度的变化会改变黏土的超固结程度、变形能力、剪胀比和临界状态线斜率,但对弹性模量的影响较小。因此,为了模拟饱和盐渍黏土的弹塑性行为,在UH模型的基础上建立一个新的化学弹塑性模型。该模型考虑渗透吸力对黏土力学特性的影响,可用于刻画不同含盐条件下饱和黏土的应力–应变行为。新模型首先借助等效应力的概念明确渗透吸力的贡献,给出饱和盐渍黏土的化学弹性理论。然后,借助渗透吸力推导饱和盐渍黏土的屈服面、硬化模量、应力–剪胀方程和本构关系。研究发现随着渗透吸力的增加,饱和盐渍黏土的屈服面在三维应力空间中变得愈加“矮胖”,超固结程度逐渐减弱,剪胀比也逐渐增大。此外,通过模型对不同渗透吸力下饱和盐渍黏土试验结果的模拟和对比分析验证模型的普适性和预测能力。