二元介质模型在黄土增湿变形分析中的应用.pdfVIP

水 利 学 报 2005 年2 月 SHUILI XUEBAO 第2 期 文章编号: 0559-9350(2005)02-0129-06 二元介质模型在黄土增湿变形分析中的应用 沈珠江 (清华大学 水利水电工程系，北京 100084) 摘要：在作者建议的二元介质模型中，黄土的变形模量随饱和度的增加而减小，当饱和度与吸力的关系已知时，模 量将随孔隙水压力的增大而减小。在此基础上，文中推导了增量型的广义有效压力公式，其孔隙水压力与应力张 量成正比，从而不再是标量。文中将上述公式代入平衡方程，推导了不用初应变法而算出湿陷变形的直接算法， 并编制了孔隙水压力与土骨架变形的耦合分析有限元程序，用于室内单轴压缩试验和现场荷载板浸水试验的计算， 得出了合理的计算结果。 关键词：黄土；二元介质；本构模型；增湿变形 中图分类号：TU444 文献标识码：A 作者曾对黄土湿陷变形分析进行过较长时间的探索，早期研究集中在损伤力学模型上，并分别提出过 双弹簧模型[1] [2] [3] 和堆砌体模型 ，近来又提出了二元介质模型 。早期研究中存在两个缺点。一是认为未损伤 部分和已损伤部分是均匀分担应力的，没有考虑未损伤部分因模量较高而产生的应力集中现象[4]；二是把 含水量的增加简单地看作损伤的原因，没有考虑含水量增加既可引起易溶盐的溶解而造成颗粒之间胶结力 的丧失，也可引起吸力的丧失，而后者是可以恢复的，不能算作损伤。新近提出的二元介质模型则避免了 这些缺点，本文将推导该模型的有限元公式，并用于荷载板浸水试验分析。 1 二元介质模型简介 二元介质模型把材料看作由胶结块和碎化胞组成的不均匀体，在变形过程中胶结块逐步破碎，转化为 碎化胞，碎化胞增多融合形成剪切带，最后导致破坏。胶结块和碎化胞共同分担荷载的公式为 ｛σ｝=(1-b) ｛σ｝+b ｛σ｝ (1) i f 式中：｛σ ｝和｛σ｝分别为胶结块承担的胶结应力和为碎化胞承担的摩擦应力。 i f 胶结应力按线弹性模型计算，其体积和剪切模量分别为 M 1+v M 1−2v K i s ; Gi s (2) n ( ) n ( ) S 3 1−v S 2 1−v r r 式中：M 为原状黄土饱和后的侧限压缩模量；S 为饱和度；n为模型参数；ν为泊松比。 S r 摩擦应力按可以考虑剪缩性的非线性模型计算，其应力-应变关系为 收稿日期：2004-06-16 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：沈珠江(1933-)，男，浙江慈溪人，中国科学院院士，主要从事岩土力学和土石坝工程方面的研究。 1 水 利 学 报 2005 年2 月 SHUILI XUEBAO