發(fā)布時(shí)間：2020-07-18 03:46

【摘要】：土體是自然界最廣泛的工程材料,合理掌握土體力學(xué)特性是保證工程安全和穩(wěn)定的重要前提。然而,土體復(fù)雜的物質(zhì)成分和隨機(jī)易變的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)使其力學(xué)特性仍未準(zhǔn)確掌握,一些經(jīng)過“精心”設(shè)計(jì)的巖土工程項(xiàng)目仍然經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的工程問題甚至發(fā)生工程安全事故。土體力學(xué)特性的復(fù)雜性主要源于顆粒間的相互作用特性和孔隙尺度特征(即孔隙尺度及分布特征)及其演變。顆粒間的相互作用主要是通過界面上的物理-化學(xué)效應(yīng)如顆粒間摩擦和擠壓、顆粒-水和氣的吸附、砂粒與粘粒膠粒的膠結(jié)等來實(shí)現(xiàn)的,其性質(zhì)與顆粒尺度密切相關(guān),將影響作為土體力學(xué)性質(zhì)而呈現(xiàn)“顆粒尺度效應(yīng)”。土體變形通常伴隨孔隙壓縮和滲流,引起大孔隙湮滅和微小孔隙萌生等孔隙尺度特征變化,由此產(chǎn)生固結(jié)變形的“孔隙尺度演變效應(yīng)”;顆粒-孔隙液的物理化學(xué)效應(yīng)將顯著影響土體滲流特性,該影響與孔隙尺度密切相關(guān),隨著孔隙尺度的減小而逐漸顯著,由此呈現(xiàn)滲流的“孔隙尺度效應(yīng)”,進(jìn)而影響土體滲流過程,使土體力學(xué)特性更加難以掌握。本文主要針對(duì)上述問題,深入微細(xì)觀尺度層次,重新考慮問題的內(nèi)在機(jī)制,建立相關(guān)的模型理論并給上述問題的理論分析。主要研究工作和成果如下:(1)針對(duì)不同應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的顆粒尺度效應(yīng)進(jìn)行研究,展示直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)顆粒尺度效應(yīng)的差異�；�于剪切繞流以及基體-增強(qiáng)顆粒的作用特性,對(duì)直剪試驗(yàn)的顆粒尺度效應(yīng)進(jìn)行了理論分析,并對(duì)直剪試驗(yàn)與三軸試驗(yàn)之間顆粒尺度效應(yīng)的差異給出合理的機(jī)理解釋。(2)基于多尺度胞元模型,利用等效夾雜理論和材料的彈塑性變形特性,確定考慮基體塑性變形的應(yīng)變集中張量,由此利用各尺度層次上的關(guān)聯(lián)性及能量法則,導(dǎo)出土體本構(gòu)關(guān)系;引入量綱平衡參數(shù)(即內(nèi)稟尺度)對(duì)應(yīng)力和偶應(yīng)力進(jìn)行耦合,由此獲得表征土體內(nèi)稟特性的特征長(zhǎng)度參數(shù),并分析土體顆粒尺度對(duì)其內(nèi)稟特性的影響。(3)基于多尺度胞元模型,考慮細(xì)觀基體-增強(qiáng)顆粒的作用特性,導(dǎo)出包含細(xì)觀特性參數(shù)的Mohr-Coulomb準(zhǔn)則,并展示屈服軌跡的顆粒尺度效應(yīng)特征;引入相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)梯度和內(nèi)稟尺度,導(dǎo)出有限元計(jì)算的剛度矩陣,并編制有限元程序?qū)��?yīng)力局部化問題、應(yīng)變局部化問題和顆粒尺度效應(yīng)進(jìn)行算例分析。(4)基于固結(jié)變形過程中孔隙尺度演變的試驗(yàn),導(dǎo)出考慮孔隙尺度演化的非線性固結(jié)方程;基于文中孔隙尺度演化固結(jié)理論,給出超孔隙水壓力消散、固結(jié)壓縮變形和平均固結(jié)度隨時(shí)間變化的一系列計(jì)算曲線,解釋有關(guān)文獻(xiàn)中報(bào)道的不同固結(jié)荷載下土體復(fù)雜的固結(jié)變形特性。(5)基于固-液界面的摩擦機(jī)制,考慮孔隙液粘結(jié)強(qiáng)度的影響而建立與水力梯度相關(guān)的邊界滑移模型;利用Poisson方程、熱力學(xué)平衡條件和Navier Stokes方程,導(dǎo)出低滲透性土的滲透性模型理論,據(jù)此分析土體微-納米尺度孔隙滲流特性的作用機(jī)理和影響機(jī)制,描述了滲透系數(shù)隨水力梯度增加或減小的現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU43

【參考文獻(xiàn)】

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10 梁健偉;房營(yíng)光;谷任國(guó);;極細(xì)顆粒黏土滲流的微電場(chǎng)效應(yīng)分析[J];巖土力學(xué);2010年10期

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本文編號(hào)：2760360