基于相对湿度场和变模量本构的岩土膨胀分析模型

• Published in: 工程科学与技术 Vol. 55; no. 5; pp. 99 - 108
• Main Authors: 程树范, 曾亚武, 叶阳, 高睿, 李涵
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072%武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072 2023; 武汉大学 岩土与结构工程安全湖北省重点试验室,湖北 武汉 430072%中国地质大学(武汉) 工程学院,湖北 武汉 430074
• Subjects: humidity stress field; 红层黏土岩; expansive constitutive model; diffusion coefficient of the relative humidity; 湿度应力场; water-softening; 遇水软化; 相对湿度扩散率; 膨胀本构模型; red bed clay rocks; 数值模拟; numerical simulation
• ISSN: 2096-3246
• DOI: 10.15961/j.jsuese.202200347

TU452; 随着含水率(湿度)的增加,红层黏土(岩)会表现出体积膨胀和吸水软化的双重特征,这是诱发红层滑坡和路基隆起等地质灾害的主要原因.为研究含水率对受荷岩土体变形的影响,本文在湿度应力理论的基础上,对含水率归一化处理,提出基于相对湿度的变模量本构,建立岩土膨胀分析模型;以固结黏土和红层黏土岩为研究对象,开展膨胀和吸水软化试验.结果表明:膨胀试验中,黏土岩和固结土的侧限膨胀率分别为0.345和0.205,膨胀应力分别为225.0和112.5 kPa,黏土岩具有更强的膨胀能力;固结土吸水效率更高,能够更快地达到膨胀平衡状态.软化试验中,干燥状态下黏土岩的压缩模量较大,但吸水过程中模量的衰减也较快,饱和状态下固结土与黏土岩的压缩模量基本相同.基于试验数据,对本文模型的稳态参数进行反演,并基于已标定的分析模型对侧限膨胀试验进行模拟,一方面,验证本文方法在稳态分析时的适用性;另一方面,给出了相对湿度场平均扩散率K的标定方法.以圆形洞室遇水问题为算例,进行了稳态理论计算和瞬态数值计算,以说明本文模型在应用于岩土膨胀大变形分析时的优越性.本文分析模型参数易获得,数值模拟结果准确性高,可为红层膨胀岩和膨胀土地区工程建设提供理论指导.