考虑土非连续性的强度和变形理论研究

现有土力学的许多理论大都是以连续介质为对象的研究成果，应用到像土这样的非连续、结构性强的介质中，没有达到真正解决实际工程问题的目的。如大部分土体本构模型的模型参数取值不确定性太大，造成应力应变计算结果波动过大，在工程应用中存在明显缺陷。项目研究拟基于土非连续介质和结构性强的特点，采用现代测试新技术（如超声波法、CT法和电阻率法等），通过土体微观结构分析试验与宏观力学特性试验相结合,探索土体结构描述新方法。建立土的应力状态方程，提出新的土体破坏准则，创立新的极限平衡方程，建立土的物理力学本构模型。通过室内大型模型试验和离心机模型试验验证提出的新理论，并通过数值分析和工程应用研究，进一步完善理论成果。项目研究对阐明结构性土的应力状态、强度和变形规律具有重要理论意义和工程应用价值。

根据项目研究目标，通过室内试验、室外试验和微观结构试验，以及理论研究、数值分析，工程应用研究，取得了一系列有重要理论意义的成果。主要成果有：. 土的应力状态方程 针对土三相体特点，考虑土孔隙面积比，根据应力平衡条件，建立了土应力状态方程。 . 修正莫尔−库伦准则 针对不同级配的标准干砂，在不同固结压力下进行常规三轴试验，探讨了不同初始相对密实度对砂土抗剪强度的影响。结合试验结果建立了砂土抗剪强度指标与初始相对密实度之间的关系，进而考虑初始相对密实度对莫尔−库伦准则进行修正。 . 提出了两相非连续介质固结理论 非连续、两相耦合是饱和软土的重要特征。项目研究建立了非连续两相耦合的固结理论，考虑水、土作用面积的独立性，改进了有效应力的计算理论，该理论可以解释阿基米德无法解释的浮力问题。. 建立了适用于软黏土的本构模型 针对软黏土的工程特性，以及低应力和高应力状态下Mohr-Coulomb屈服准则和椭圆屈服准则的不足。建立了以蛋形屈服面的弹塑性本构模型，建立了模型参数与土体物理参数之间的关系，可以更好地反映土体实际情况。 . 建立了土的微观结构与宏观力学的联系 以浙大紫金港软黏土为研究对象，采用SEM电镜研究黏土微观结构，对微观结构进行定性分析，描述微观形貌特征。基于Image Pro-Plus软件对SEM图像作定量分析，提出基于实测孔隙率的灰度阈值分割方法处理图像技术，重点测定了接触面积，并得到孔隙面积比与孔隙率的定量关系。 . 考虑颗粒接触面积的土压力计算理论 为了寻求更加合理的土压力计算理论，对杭州、宁波及奉化软土进行了大量的SEM图像扫描，从土体的微观结构出发，通过图像分析软件统计了软土孔隙率与接触面积率的关系，结合土体侧向应力传递的原理，建立了考虑接触面积的土压力计算理论。. 共发表论文22篇，其中SCI收录4篇，EI收录17篇，ISTP收录2篇。培养博士3名，硕士3名，博士后1名。申请发明专利1项，完成专著书稿1本，完成项目鉴定1项。.该项目圆满完成了规定的内容，研究成果有力推动了非连续介质力学的发展，并为宏微观两方面建起桥梁。