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本文以国家自然科学基金课题“复杂条件下非饱和膨胀土气水运移渗透变形机理与稳定性研究”(No.50878051)为依托,在总结前人有关非饱和土研究成果的基础上,通过非饱和土的结构特征试验、GDS非饱和土渗透试验、非饱和土三轴试验、压缩试验、数值模拟等手段,对非饱和土弹塑性模型进行理论和试验研究工作,主要取得了以下成果:
1.分析了非饱和膨胀土的结构特性,通过相关结构试验揭示膨胀土细观结构的变化对宏观力学特性的影响,并用细观结构刻画解释分析宏观力学现象。
2.非饱和膨胀土渗透试验结果表明:不同应力状态下,非饱和膨胀土饱和度的变化是引起渗透系数改变的主要原因。在试验基础上得到非饱和土的渗透系数是吸力以及固结压力的函数。非饱和膨胀土的渗透系数随饱和度的增加而增大,随干密度的增加而减小。
3.在基于前人提出的非饱和土弹塑性模型的基础上,引入平均土骨架应力的概念,
改进了耦合水力特性的非饱和土本构模型。通过相关试验结果验证表明:该模型能较好预测不同应力作用下非饱和土的变形,并能计算刻画出剪切过程中饱和度的变化。
4.根据模型研究成果,采用PLAXIS(正)分析软件,引入非饱和土本构模型参数,通过模拟降雨-饱和度变化-强度变化这一过程对非饱和土边坡进行稳定分析。计算分析降雨入渗过程中土体饱和度上升(含水量增加)和强度下降对边坡稳定性的影响。分析结果表明:该方法能较好地对降雨条件下的非饱和土边坡进行稳定性分析,从而为实际工程中膨胀土边坡设计与分析提供了新的研究方法。