非饱和土本构模型研究综述

综述非饱和土本构模型的研究现状。非饱和土的本构模型有非线性弹性模型、损伤力学模型、广义吸力模型和弹塑性模型。文中重点介绍弹塑性本构模型，已有的试验证实了弹塑性本构模型很好地反映了非饱和土的变形特征。但非饱和土弹性本构模型仍有许多不足之处有待改进     

非饱和膨胀土本构模型研究现状

分析膨胀土本构模型的研究现状及各模型的优缺点,并讨论了今后的研究方向.认为膨胀土弹塑性模型有待进一步研究,而从膨胀土的结构性出发建立结构模型,将是今后研究的重点.     

用有效应力解释非饱和土的弹塑性行为

在巴塞罗那基本模型BBM模型的框架下,应用有效应力和应力双变量分别解释非饱和土弹塑性行为的不同特点。对文献试验数据的分析表明：在应力双变量构成的应力空间中,存在两个初始LC屈服面,加载强化过程中也具有两个LC后继屈服面;相反,有效应力空间中,非饱和土具有唯一的初始LC屈服面,加载强化过程中LC屈服面也保持唯一。非饱和土在两个应力空间中的不同表现与非饱和土的水分滞回性质相关。与采用应力双变量的弹塑性模型不同,采用了有效应力的弹塑性模型,可直接反映水分滞回的影响。     

饱和非饱和岩石损伤软化统计本构模型

基于概率论和损伤力学讨论了岩石在荷载作用下的破坏、损伤和变形等特征．在混合物理论基础上，建立了饱和和非饱和岩石损伤软化统计本构模型．该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力应变由线稍向上凹曲的特征，以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力应变关系所起的作用．     

超固结非饱和土的弹塑性双面模型

为了研究超固结非饱和土具有的应变软化和剪胀等复杂的力学特性,在弹塑性理论框架内,将巴塞罗那基本模型(BBM)与一种可描述材料循环塑性的硬化法则相结合,建立一个在静态及循环荷载作用下超固结非饱和土的弹塑性双面模型。该模型含有一个边界面和一个加载面,二者在应力空间中随着加卸载进行演化。采用径向映射法则和移动的记忆中心原理来反映超固结非饱和土的循环塑性特征。模型考虑了吸力和超固结的影响,在吸力等于零的时候退化为饱和黏性土的弹塑性双面模型;在无超固结且吸力不等于零的情况下退化为BBM模型。通过与相关静态试验数据的比较,所建模型可以较好地反映静态加载下超固结非饱和土的力学特征;此外,还利用模型对超固结非饱和土的动态力学特性进行了预测。     

用有效应力解释非饱和土的弹塑性行为

在BBM模型的框架下,探讨了应用有效应力和应力双变量在解释非饱和土弹塑性行为的不同特点。分析文献实验数据表明,在应力双变量构成的应力空间中,存在两个初始LC屈服面,加载强化过程中也具有两个LC后继屈服面;相反,有效应力空间中,非饱和土具有唯一的初始LC屈服面加载强化过程中也保持LC屈服面的唯一性。两个应力空间中的差别是由于非饱和土的水分滞回的影响。考虑非饱和土在有效应力空间中的特点可以反映水分滞回的影响,简化非饱和土的弹塑性模型。     

基于非饱和土理论的高路堤沉降估算

基于非饱和土一维本构关系,根据路堤的受力特征,考虑水环境的影响,建立了路堤在无侧向变形和考虑侧向变形两种情况下的沉降计算模型,结合路堤土的三相组成关系,给出了路堤在多种工况下(如外荷载作用、自重作用、地下水位上升或雨水浸润作用以及各工况综合作用)的沉降或变形的估算方法,并用路堤模型试验的沉降变形成果进行检验,结果显示:...     

基于等效时间的蠕变本构模型推导

库水位升降引起的滑坡变形具有显著的时间效应,表现出明显的蠕变特征。根据殷建华的3-D EVP模型,采用π平面推导了不考虑主应力方向,只考虑主应力大小的各向同性的饱和土体剪切蠕变本构模型,以及采用八面体推导了既考虑主应力方向又考虑主应力大小的饱和土体剪切蠕变本构模型。     

一种新型结构性土三维本构模型

在NAKAI等基于应力张量t_(ij)和修正剑桥模型建立的能够描述中主应力影响且适用于描述正常固结土强度和变形规律的三维本构模型的基础上,通过引入能够描述土体密实度的状态变量ρ和土体黏结效应的状态变量ω,提出了适用于描述结构性土强度和变形规律的新型结构性三维本构模型。这一模型具有以下特点:结构性土三维本构模型在正常固结土的三维本构模型的基础上仅增加一个材料参数的情况下能够较好地描述三维应力状态下试样排水与不排水剪切特性、固结特性、围压对应力路径和应力应变曲线的影响及平均应力、偏应力增大时出现的应力路径可逆性等特点。应用新型结构性土三维本构模型对粉质黏土的固结试验和三轴剪切试验进行模拟计算,验证了其在模拟结构性土特征方面的可行性。     

卵石土蠕变本构模型及其工程应用

卵石土是岩土工程建设中的常用材料,由于针对其流变力学特性的研究较少,导致无法评价该种材料的长期稳定性。采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法,针对卵石土开展了室内三轴蠕变试验,对卵石土蠕变的有关力学问题进行了探讨,分析了卵石土蠕变与时间、应力状态的关系,并提出了11参数卵石土蠕变的数学表达式及相应的参数指标。将该本构模型嵌入到ABAQUS软件中,计算了某大桥锚碇下覆地基的长期沉降变形。结果表明,提出的本构模型可以很好地描述卵石土的流变特性。与锚碇沉降变形监测结果相比,蠕变加速变形阶段的沉降计算结果偏大,蠕变稳定阶段的沉降计算结果偏小。研究结果可为卵石土的长期变形计算提供相关参考。     

A one-dimensional transport model for multi-component solute in saturated soil

A modified multi-component solute diffusion equation described with diffusion flux was derived in detail based on the classical Maxwell-Stefan diffusion theory. The friction between the solute species and the soil skeleton wall, which is proportional to the relative velocity between the solute species and the soil skeleton, is introduced. The chemical potential gradient is considered the driving force. A one-dimensional model for transport of multi-component solute in saturated soil was developed based on the modified diffusion equation and the modified competitive Langmuir adsorption equation. Numerical calculation of a case of two heavy metal ion species, which was chosen as an example, was carried out using the finite element software COMSOL Multiphysics. A comparative analysis was performed between the multi-component solute transport model developed in this study and the convection-diffusion transport model of single-component solute based on Fick's law. Simulation results show that the transport behavior of each species in a multi-component solute system is different from that in a single-component system, and the friction characteristics considered in the developed model contribute to obstructing the movement of each solute component. At the same time, the influence of modified competitive Langmuir adsorption on solute transport was investigated. These research results can provide strong theoretical support for the design of antifouling barriers in landfills and the maintenance of operation stability.     

非饱和黄土土体水分入渗增湿计算

经典土力学的理论是在土体饱和的前提下构建的,而我们在工程实际中更多遇到非饱和土.降雨后边坡的滑动破坏,堤坝在雨水、洪水渗透作用下发生的破坏等等都是土在非饱和状态下的力学性质和力学行为问题.降雨和渗水常常导致非饱和黄土边坡和基础的破坏.针对上述问题,对其进行理论分析,建立了二维非饱和黄土水分入渗模型,实现了对黄土土体水分入渗含水量变化的预测,结合实例,利用Madab语言编制程序计算,验证了该模型和方法的合理性.     

饱和地基上基础振动分析的计算方法

本文通过对饱和土中波动方程的分析，建立了一组描述混合边值问题的基础振动积分方程。所提出的一种简单、直观的方法可将其化为第二类Fredholm积分方程。文中详细研究了瑞利奇点的特性及其对积分方程求解结果的影响，从而使人们系统地分析饱和地基上基础振动特性和其它地基振动问题成为可能。     

饱和-非饱和土中Richards方程的有限元算法

发展了求解理查森方程的一种一般的有限元算法。该方法采用积分法处理孔隙水压力对时间的导数项,采用集中质量技术处理有限元方程中质量矩阵来保证数值稳定。现存的绝大部分方法在时步内一般仅按照当前的孔隙水压力计算导水系数,而本算法明确地考虑了时步内导水系数随时间的变化。所采用的质量守恒迭代方法不须改变迭代方式,采用一般的Picard迭代方法。该方法能求解入渗、地下水位瞬变和排水等范围广泛的饱和－非饱和渗流问题。对3个已公开发表具有详细试验数据的算例的模拟表明,该方法对入渗锋、稳定渗流地下水位和非稳定渗流溢出面都模拟很好。Picard迭代方法效率很高,且无数值振荡发生。给出了方法的细节使其他人能容易的实现。     

土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响

膨胀性土壤吸水后易膨胀变形,从而影响到土壤水分的运动参数。为了研究土壤膨胀性对土壤饱和水分运动参数的影响,采用室内土柱试验装置分析了不同土壤厚度（2,4,6,8,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 cm）对3种土壤（沙土、黄绵土、娄土）土壤容重、土壤饱和含水量、土壤饱和导水系数的影响,并分别用幂函数、指数函数和对数函数进行了拟合分析。结果表明：① 土壤饱和膨胀率、饱和比容积、饱和含水量和饱和导水系数均随土壤厚度增加而减小。② 通过3种函数拟合效果对比发现,幂函数具有最佳拟合效果。     

基于随机微分方程的流域汇流模型

摘要：针对水文过程中存在的许多随机不确定性因素,本文以Nash模型为基础,利用随机微分方程理论,在确 定性汇流模型中引入随机输入项,建立了输入具有白噪声特性的随机Nash汇流模型,求解得到出流过程均值和 方差的解析解和数值解,并利用出流过程的均值和方差确定各时刻出流过程的概率分布。该方法借助于各时刻的 方差得到流量过程的分布概率,从而考虑预报的不确定性,为防洪决策提供预报值的不确定度,有利于降低水库 调洪风险率。     

饱和-非饱和土中渗流Richards方程有限元算法

发展了一种求解理查森方程的一般有限元算法。该方法采用积分法处理孔隙水压力对时间的导数项,采用集中质量技术处理有限元方程中质量矩阵来保证数值稳定。所采用的质量守恒迭代方法不须改变迭代方式,采用一般的Picard迭代方法。该方法能求解入渗、地下水位瞬变和排水等范围广泛的饱和-非饱和渗流问题。对3个已公开发表具有详细试验数据的算例的模拟表明,该方法对入渗锋、稳定渗流地下水位和非稳定渗流溢出面都模拟很好。Picard迭代方法效率很高,且无数值振荡发生。     

基于工程混合物理论的饱和裂隙岩体组合本构模型

为了从理论和数值上分析饱和岩体工程的变形和稳定,需要创建饱和裂隙岩体本构模型。根据工程混合物理论,把饱和多孔介质应变分解为骨架应变、固相基质应变和流体基质应变。通过均匀化响应原理建立了饱和多孔介质的势函数本构理论,提出Terzaghi有效应力决定骨架应变、固相基质应力决定固相基质应变和裂隙孔压决定流相基质体应变等本构规律。根据经典岩体力学理论,把饱和裂隙岩体视为由裂隙构成孔隙的饱和多孔介质,建立了饱和裂隙岩体的组合本构模型。算例分析表明:根据本文理论建立的饱和裂隙岩体组合模型能够合理考虑裂隙流体的浮托力,具有较小的孔压系数和各向异性的受力特性。饱和裂隙岩体组合模型可用于海底隧道裂隙围岩在开挖过程中的流固耦合工程特性分析。     

基于支持向量机的土壤侵蚀评价预测模型研究

尝试应用一种新的机器学习算法-支持向量机(SVM)来对水土流失现状进行评价与预测.该方法能针对在样本有限的情况下,采用结构风险最小化准则,把学习问题转化为一个二次规划问题得到全局最优解,较好地解决了小样本、非线性、高维数和局部极小点等实际问题, 具有很强的泛化(预测)能力.以石桥铺小流域作为研究对象,通过支持向量机算法建立土壤侵蚀评价与预测模型,并与BP神经网络的方法进行了对比,结果表明该模型的预测精度要高于人工神经网络模型.     

基于多元隶属度的区域水土流失评价模型研究

区域水土流失评价对于水土流失治理的宏观决策、规划具有十分重要意义,基于此提出了一种基于多元隶属度的区域水土流失定性评价方法.该方法通过选取水土流失影响因子的区域特征指标,以径流场观测小区所获得数据为样本,采用模糊数学方法构建水土流失强度与其影响因子之间的多元隶属函数并依据隶属度划分水土流失强度等级分类,然后应用GIS等技术工具提取评价单元的评价指标参数,由构造的多元隶属函数和水土流失强度等级分类确定其对应的强度等级.该模型以鄂东大别山作为研究区域进行模型验证并与"三要素"专家规则模型进行比较,结果表明,这种方法在划分水土流失强度上更准确、合理.