复杂受力条件下含水层砂土的屈服变形机理和过大变形的发生机制研究

近年来上海及苏锡常等地区的地面沉降与土体变形的监测数据表明，含水层砂土出现了只有在屈服状态下才会呈现的较大变形。目前的研究成果难以从力学机理上清楚地解释含水层砂土在竖向应力水平较低时产生过大变形的原因。本项目采用实测数据分析、室内试验、理论分析及数值模拟相结合的方法，拟解决以下关键科学问题：1)通过实测数据分析和室内试验，揭示含水层砂土在长期持续抽水作用下，土体处于固结压缩、剪切扭转时的复杂受力状态；2)应用Cosserat介质力学理论阐明含水层抽水时地层中产生的剪切力随含水层水力梯度变化的定量关系；3)定量评价含水层砂土在固结压缩、剪切扭转等复杂受力条件下的变形特征，建立考虑复杂受力状态的含水层变形模型。研究成果对于揭示复杂受力条件下含水层砂土的屈服变形机理，提高多层含水层地区的地面沉降预测和防治设计水平，合理配置地下水采灌格局，具有重要的理论指导意义和广阔的应用前景。

上海及苏锡常等地区近年来的地面沉降与土体变形的监测数据表明，含水层砂土出现了只有在屈服状态下才会呈现的较大变形。现有研究成果难以从力学机理上清楚地解释含水层砂土在竖向应力水平较低时产生过大变形的原因。本研究采用实测数据分析、室内试验、理论分析及数值模拟相结合的方法，揭示了在压缩、剪切、扭转等复杂受力条件下含水层砂土的屈服变形机理。通过对Budhu模型进行修正，同时考虑水位与时间空间的关系，将其运用于承压含水层的变形分析中，建立了基于Cosserat连续体理论的Budhu拓展模型。运用该模型对上海地区含水层变形及常州市地面沉降进行分析，结果表明由于Budhu拓展模型考虑了地下水位变化引起土体的剪切和扭转效应，因此可以较好地预测含水层变形的大小和趋势。研究成果对于提高多层含水层地区的地面沉降预测和防治设计水平，合理配置地下水采灌格局，具有重要的理论指导意义和广阔的应用前景。本项目共发表论文12篇、专利1项等多项成果，其中SCI论文8篇，EI论文3篇。