考虑温度影响的重塑非饱和膨胀土非线性本构模型

第28卷第9期 岩 土 力 学 V ol.28 No.9 2007年9月 Rock and Soil Mechanics Sep. 2007

收稿日期：2005-08-22 修改稿收到日期：2006-01-06 基金项目：国家自然科学基金（No. 10372115）。

作者简介：谢云，女，1977年生，博士，主要从事非饱和土方面的研究。E-mail:xieyun_717@

文章编号：1000－7598－(2007) 09－1937－06

考虑温度影响的重塑非饱和膨胀土非线性本构模型

谢 云1,

2，陈正汉1，李 刚1,

2

（1.后勤工程学院 军事建筑工程系，重庆 400041；2.空军第五空防工程处，南京 211100.）

摘 要：以非饱和土的非线性模型为基础，通过对土性参数的修正和考虑温度本身引起的土的变形，建立了考虑温度效应的重塑非饱和膨胀土的本构模型。该模型包括土骨架的本构关系和水量变化的本构关系两个方面，涉及18个参数，都可用非饱和土三轴试验确定。共做了13个重塑非饱和膨胀土温控三轴试验，分析了温度对土的强度和变形的影响，研究了模型参数的变化规律。

关 键 词：非线性模型；非饱和膨胀土；温控三轴试验 中图分类号：TU 411 文献标识码：A

Thermo-nonlinear model for unsaturated expansive soils

XIE Yun 1，

2 , CHEN Zheng-han 1, LI Gang 1，

2

(1.Department of Architectural Engineering, Logistical Engineering University of PLA, Chongqing 400041, China

2.No.5 Air Defense Engineering Department of PLA Air Force, Nanjing211100,China; )

Abstract: Based on the nonlinear model for unsaturated soils , a thermo-nonlinear model for unsaturated expansive soils is presented through modifying the parameters and taking account of thermal effects on deformation of soils. The model consists of two aspects, i.e. the deformation of soil skeleton and the water volume change of unsaturated soils. Total of 18 parameters are involved in this model. All the parameters can be determined using laboratory tests. A series of controlled temperature triaxial tests have been conducted; test results of reconstituted unsaturated bentonite clay are presented. The controlled temperatures are 15℃, 30℃, 45℃ and 60℃ and the thermal effects on shear strength and Young’s tangent modulus are discussed. The research results show that the specimens with higher temperatures show higher shear strengths and Young’s tangent modulus. The formulas of shear strength and Young’s tangent modulus taking account of temperature are proposed.

Key words: unsaturated expansive clay; thermo-nonlinear model; temperature-controlled triaxial test.

1 引 言

膨胀土是一种非饱和土，有很多学者对非饱和

膨胀土的变形与强度特性进行过研究，建立了各种模型 [1-5] 。因为非线性模型的参数的确定相对容易，且模型易用于数值分析中。因此，非线性模型在岩土工程中得到了广泛应用。杨代泉[6]提出一个非饱和土的非线性弹性模型，考虑因素较全面，但其参数测定较困难。陈正汉、周海清、Fredlund [7]则给出了另一个非线性模型，该模型考虑了土骨架变形和水体积变形；当吸力为0时退化为Duncan-Chang 模型；可预测不排水三轴试验中的吸力变化；模型参数可由控制吸力的三轴试验和收缩试验来确定，并研究了参数的确定方法及其变化规

律，该模型具有较大的实用价值。

温度对土的特性影响是岩土工程领域一个重要的课题，在核废料深层掩埋、垃圾填埋场中的土工问题及西部大开发所面临的冻土领域日益引起重视。膨胀土是目前国际上公认的处治高水平放射性废弃物的有效工程屏障之一，受到了加拿大、美国、西班牙等国学者的关注；2005年9月，在同济大学召开了高水平放射性废弃物处置中的工程屏障国际学术会议。由于高水平放射性废物在很长时间内产生高温，使膨胀土工程屏障长期处于100℃左右高温的工作环境，因而必须研究膨胀土的热力学特性和相应的本构关系。我国学者武文华[8]利用Romero 对 Boom 土的吸力-含水率试验结果，引用