基于非饱和土广义有效应力原理的非饱和土本构模型研究

本项目将主要对非饱和土本构模型进行研究，针对目前非饱和土模型存在的问题，采用了非饱和土广义有效应力原理来建立模型。由于广义有效应力原理包括了土中固液气三相的影响，考虑的因素更加全面，由此建立的模型就能更加完备和具有一般性。项目首先对气压压力变化对土体的影响进行研究，建立可以考虑气压变化影响的土体本构。随后对气压变化对非饱和土渗流的影响行进行探讨，给出受气压变化影响渗透系数的计算方法。然后进行相关的非饱和土室内试验，验证气压变化对土体的影响，并设计实验测定模型参数，验证模型。最后对土体在饱和与非饱和状态转换时的力学特性和变形行为进行研究，基于广义有效应力原理对SFG模型进行研修正，使得模型可以很自然的将饱和度影响考虑进来，反映更多的实验现象。

本项目基于前期工作提出的广义有效应力原理，建立了一个新的固液气耦合的本构模型，并且对已有的SFG模型进行了修正。通过这两方面研究说明了广义有效应里原理在非饱和土力学中的合理性与重要性，同时也在非饱和土本构模型研究方面也取得了成效。主要工作可以分为三个部分：. 1.基于广义有效应力原理，建立了一个新的固液气耦合本构模型。目前对于气封闭条件下非饱和土的研究主要集中在其渗透性和强度特性等方面，而关于本构模型的方面研究则很少。本项目基于多相孔隙介质理论对气相压力变化对土体的影响进行了探讨。首先根据广义有效应力原理选择应力变量，考虑的因素更加全面，由此建立的模型将更加具有一般性。该模型不仅可以考虑固-液两相的耦合效应，而且还可以考虑气体压力变化对非饱和土性质的影响。利用已有试验对模型进行了验证，表明模型不仅可以反映目前已有大部分模型的基本特性，同时还可用于描述高饱和度含气土的变形特性。. 2.基于广义有效应力原理对SFG模型进行研究和修正。从非饱和土的有效应力出发，可以很自然地将饱和度的影响引入到了模型当中，使得模型在不增加参数的同时可以反映更多的实验现象。模型给出的LC曲线从饱和阶段可以光滑连续的过渡到非饱和阶段，屈服应力随着吸力的增加不再是单调增加的。已有研究发现对于吸力相同但饱和度不相同的土样，屈服应力将会不同，修正后的模型中的LC曲线在吸力不同的情况下，饱和阶段重合，但非饱和阶段则有明显不同，而SFG模型则无法反映这一点。修正后的模型可以反映更多的实验现象的同时并没有增加新的参数，且这些参数均可通过室内实验获得，便于实际应用。利用模型对各种不同初始条件下不同应力路径的土样进行了预测，结果表明模型可以很好的反映土体在不同条件下的行为特性。. 3. 非饱和土室内试验研究。利用非饱和土三轴仪和非饱和土固结仪，对北京某地的粉质粘土进行不同饱和度（即不同的气相形态）下试验研究。主要进行固结排水剪切试验、非饱和土干湿循环试验、非饱和土等向固结排水试验。通过这些试验确定了模型参数。利用所测参数，分别对高饱和度与低饱和度两种不同情况下的试验结果进行预测。结果表明，在高饱和度时，需要考虑气相压力变化对非饱和土体变以及饱和度变化造成的影响；而在低饱和度时，则可以忽略气相硬化的作用。模型能够较好的模拟高饱和度与低饱和度情况下的试验结果，从而通过试验验证了模型的有效