非饱和土低频循环荷载作用下的力学响应研究

低频循环荷载作用下的各种岩土工程问题大量存在，且遇到的土体问题几乎都是非饱和土问题。申请人拟利用室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法，以"含水量-吸力-变形与强度-边坡稳定性"为主线，以非饱和土水分特征变化对低频荷载引起的变形影响为切入点，建立含水量、吸力与边坡变形强度的关系。一方面利用自主研制的应力式非饱和土水力参数测试仪，开展干湿循环路径下考虑体积变化的水分特征曲线量测，建立吸力、含水量与孔隙比三变量水分特征曲线模型, 揭示非饱和土在净应力状态下包括干缩、湿化特性的水力滞后规律；另一方面利用GDS非饱和土三轴仪，开展低频循环荷载下控制吸力与饱和度的三轴剪切试验与湿化屈服试验，建立水分特征变化与循环应力应变规律的直接关系，揭示吸力、含水量对变形强度的影响。在此基础上，进行非饱和土受长期往复加卸载作用下的变形与稳定性数值模拟，建立低频循环荷载作用下非饱和土边坡变形与稳定性数值分析方法。

依托国家自然科学基金，针对非饱和土问题，一方面，研发了SPA-500型非饱和土水特征与水力参数实验系统。该系统控制器采用A/D转换技术、高阻抗线性放大技术与步进电机驱动控制技术，可进行非饱和土体在独立的三轴应力和吸力路径作用下干湿应力相关土水特征和非饱和土水（气）运移规律研究。该系统采用了内置载荷传感器的双层压力室结构，利用调制的周围压力气体和水分别进入压力室的隔层和内室，保证压力室的内室处于受压平衡状态，减小压力室的变形。通过标定周围压力和进出水量的关系，保证总体积变化测量的准确性。采用该系统进行干湿循环路径下非饱和土水力滞后效应研究，结论表明，非饱和土滞后性受土性、孔隙比、固结特性影响显著。另一方面，采用GDS非饱和土三轴仪进行控制吸力与饱和度的三轴剪切试验与湿化屈服试验，建立吸力、含水量与变形强度的关系。通过室内外获取的土水特征曲线对比来看，在室内浸湿试验中瞬时流动时含水量和吸力之间有非平衡效应，宜采用浸湿曲线，进行非饱和土特性研究。建立非饱和土边坡变形与稳定性数值分析方法。