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《土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究》读书报告

《土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究》读书报告

冯冬冬

2011.11.7

阅读文献:张雪东.土水特征曲线及其在非饱和土力学中应用的基本问题研究[D].北京:北京交通大学,2010.

一.文献内容

1.文献在分析了SWCC应用的基本步骤、SWCC形状特点的基础上,结合现有SWCC模型的函数形式的特点,分析了拟合SWCC试验散点时可能出现的问题,而后在统计了21种土的SWCC拟合结果的基础上,首次提出了一种使用不完整SWCC(测量未到达残余状态)的试验点,拟合得到能够正确地反映土中孔隙结构特点和持水能力的函数的计算方法,使用这种方法,可以解决在试验条件有限,无法测得完整SWCC时,难以根据试验结果准确地确定一些非饱和上力学模型中的相关参数的取值问题。

2.以概率论为基础,利用SWCC和孔隙(水)分布函数之间的关系,提出了平均孔隙半径的概念,而后以此为基础得到了一个能够模拟变形对SWCC影响规律的计算模型;由于该模型考虑了土中的初始孔隙结构对SWCC随变形的变化规律的影响,所以它能够给出比较理想的计算结果;该模型可为建立分析非饱和土的水力、力学特性相互影响的计算模型奠定基础。

3.以概率论为基础,提出了一个能够考虑土中孔隙结构影响的饱和土渗透系数计算模型,而后结合本篇文章提出的模拟SWCC随变形的变化规律的计算模型,以及Mualem相对渗透系数模型,建立了一个能够模拟变形对非饱和土渗透系数影响的计算模型,该模型不仅能够考虑孔隙大小的变化对渗透系数的影响,更能够考虑孔隙结构变化的影响,这使得预测结果能够更加接近于实际情况。

4.以传统域模型的基本原理为出发点,提出了一个能够方便地模拟多次浸润(吸湿)、干燥(脱湿)过程,以及在含水量(吸力)变化历史未知的情况下模拟含水量随吸力变化规律的SWCC滞后模型;而后以该模型为基础,得到了一个利用边界干燥曲线以及一条一阶浸润扫描线预测边界浸润曲线的计算方法,使用该方法,可以减少SWCC滞后模型计算时所需实测的数据,从而使现有的一些SWCC滞后模型能够方便地应用于实际工程中。

5.工程应用问题:尽管目前非饱和土力学理论己经得到了很大的发展,也取得了很多公认的成果,但非饱和土力学的应用和工程实践还远远地落后于理论研究,主要障碍之一就是在非饱和土力学中,许多模型的参数的测量难度大、成本高、周期长,且试验数据的处理和分析也远比饱和土更加复杂。SWCC主要通过试验获得,因此应用起来不方便。而如何在不影响应用的前提下,通过尽量少的试验工作量来获得工程需要并具有一定精度的SWCC,是非饱和土力学理论能否方便地应用到实际工程的关键之一。同时,如何将SWCC与土壤学所没有涉及到相关研究领域(如变形与强度问题)建立联系,都决定着非饱和土力学能否正确地应用于岩土工程中。

6.压实含水量影响SWCC的位置和形状是因为它改变了压实土的微观和宏观结构。对于压实含水量小于最优含水量的土样,土样中的孔隙呈二元分布:土块间有较大的宏观结构,在压缩过程中并不重塑,这会使土的进气值较小,容易脱水;而对于压实含水量大于最优含水量的土样,土样中缺少大孔隙,孔隙尺寸小且分布均匀,使得进气值较大,不容易脱水。

7.目前可以减少试验的工作量,进而能够使SWCC更加方便地应用于实际工程中,建立能够模拟密实程度变化对SWCC影响规律的计算方法主要有以下三种:a.经验关系法,即通过建立SWCC模型中的参数随着土的密实程度的变化规律来模拟这一影响,或者直接将描述土的密实程度的变量引入到了SWCC的模型中;b.简化计算法,是将SWCC简化为直线,而后寻找简化后的直线随密实状态的变化规律,其计算结果精度不高且只能应用于非饱和土本构模型中;c.统计学方法,它能够在一定程度上保证其普适性,但由于该模型给出的经验函数关系是很多种土拟合结果的一个总体的最优反映,因此可能会导致它在应用到某一种土时也会出现比较大的误差。

8.Klausner等总结了SWCC产生的滞后效应的原因,主要包括以下几点:a.孔隙尺寸效应:由于土中孔隙尺寸大小不均匀,使得土在浸润与干燥过程中,连通性好的大孔隙较容易进水或者排水,而小孔隙进水排水能力相对较小。因此,在干燥过程中,小孔隙内残留水相比浸湿过程要多,这使得同一吸力值在干燥线对应的含水量高于浸润线。b.瓶颈效应,不同大小的孔隙,以及相互连通的孔隙喉道之间的尺寸差别造成了

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