非饱和土三个基本问题的研究

The study is focus on three fundamental problems of unsaturated soils: critical state of unsaturated soils, phase transform for unsaturated sand, the constitutive relationship for swelling unsaturated soils. The necessary conditions for unsaturated soils to attain critical state will be given, and the relationships among the impact factors will be investigated. Through the triaxial tests, the formulation for phase transform of unsaturated sand is going to be found, and a new contractive or swelling constitutive module for unsaturated sand will be proposed. Finally a constitutive model with the double-scale pore structure from macroscopic and microscopic views for predicting the capillary hysteresis and mechanical behaviours of unsaturated expansive soils will be set up. These researches can give some contributions on the development of unsaturated soil mechanics.

针对非饱和土的三个基本而重要的问题，即非饱和土的临界状态；非饱和砂土的相变和非饱和膨胀土的本构关系进行研究。建立非饱和土到达临界状态的必要条件，并探讨其相应的关系；通过实验论证非饱和土相变的存在以及建立其具体表达式，并将建立新的既可以考虑剪胀也可以考虑剪缩的非饱和砂土本构模型；从宏观和微观两个尺度的角度，发展和建立可预测膨胀性非饱和土的毛细滞回和力学行为耦合的双尺度本构模型。通过对这三个基本问题的研究和探讨，可以促进和深化对非饱和土力学的认识和理解

针对非饱和土的一些基本问题进行了研究，取得以下成果：.1）.从土的各相平衡方程出发推导得到了非饱和土的平均骨架应力的表达式，并参照饱和土中有效应力的确定的方法，定义非饱和土的平均骨架应力为非饱和土的有效应力。.2）.基于相变状态定义了土的状态参量，并考虑应力诱发的各向异性，建立饱和砂土的边界面本构模型以及一个针对饱和密砂的循环加载的弹塑性本构模型。.3）.建立了适用于膨胀性非饱和土的二元介质模型以及适用于吸力循环作用的膨胀性非饱和土本构模型。.4）.利用非饱和土三轴试验系统（GDS）对非饱和粉砂分别测定不同净应力和吸力条件下松砂和稍密砂剪切至临界状态过程中试样强度、体变、孔隙水体积及饱和度等相关状态参量的变化情况。在对试验数据分析和总结的基础上，给出非饱和土剪切至临界状态的条件，并建立不同坐标平面上非饱和土临界状态具体方程。.5）.基于热力学内变量理论，建立了能综合考虑毛细滞回效应和非饱和土体积变形影响的土一水特征曲线模型以及研制了一种不同温度下的土一水特征曲线的实验装置。.6）.基于复合混合物理论，建立了非饱和土中热-力-渗流耦合理论公式。并建立了二维轴对称模型，对高放废物地质处置库中非饱和膨润土缓冲层的热–水–力耦合过程开展了有限元模拟。