[01751921]非饱和土的水-力耦合本构关系及数值模拟

非饱和土是常见的工程材料，它是水、气和固体组成的三相体。本项目对非饱和土的水力－力学耦合特性、本构模型以及数值模拟进行了研究，取得以下研究成果：　　(1)提出了一个可统一预测三维应力状态下非饱和土的力学性质和水分特性耦合的弹塑性本构模型。该模型不仅考虑了吸力对非饱和土的应力应变关系、强度和饱和度的影响，而且还考虑了饱和度对非饱和土的应力应变关系和强度的影响以及变形对水分特性的影响。模型进一步发展成能统一考虑非饱和压实土初始密度的影响，并成功地应用于不排水条件下的非饱和土的水力－力学性质的预测。以上模型经过实验数据验证，模型参数最少。　　(2)开发了非饱和土三轴试验的侧向应变量测系统，用该三轴试验系统进行了一系列试验研究，取得了国际上屈指可数的三轴压缩应力和三轴伸长应力条件下非饱和土的试验结果，揭示了三维复杂应力状态下非饱和土的湿化变形和水分特性的规律。得出了非饱和土水分特征曲线与所受应力状态无直接关系，而取决于土体的孔隙结构的重要结论，试验给出了非饱和土水分特征曲线随孔隙比变化规律，为建立水力－力学特性耦合的本构模型奠定了基础；明确了非饱和压实土的最大湿陷发生在初始屈服应力附近。　　(3)提出了利用离散单元法（DEM）模拟非饱和土湿化变形的方法。在DEM中，引入一个作用于颗粒间的法向吸附力，以反映非饱和土的毛细吸力作用，在浸水饱和过程中颗粒间的法向吸附力逐渐减小，从而引起湿化变形（湿陷）。用该方法研究了等向压缩与剪切过程中颗粒材料的湿化变形特性，从微观上解释了非饱和土湿化变形的机理。