考虑固液二相互态特性的流固耦合模型

摘要

为研究岩土体内的流固耦合作用对道路工程中道路建筑物/构筑物的变形和沉降,聚焦于构建考虑固液二相互态特性的流固耦合模型,首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程(弹性模量、体积模量、极限偏应力)和以孔隙比为参数的液相物性参数方程(饱和含水率、残余含水率、Gardner模型参数),其次建立考虑固液二相互态影响的固相本构方程(邓肯-张模型)和液相本构方程(Gardner模型),之后将新构建的本构方程与固液二相控制方程联合使用构建出考虑固液二相互态特性影响的流固耦合模型。以非饱和黄土为研究对象,利用数值模拟软件构建考虑固液二相互态影响的非饱和土流固耦合数值模型,探索固液二相互态特性对非饱和土流固耦合影响机制。研究结果表明:随着含水率的增大,固相物性参数(弹性模量、体积模量、极限偏应力)均呈减小的趋势;含水率增大使得土体强度减小,表现为达到相同的应变,土体的应力减小;含水率增大,相同的变形情况下,土体所承受的荷载变小。随着孔隙比的增加,饱和含水率线性增加,残余含水率线性减小,Gardner模型参数β呈指数减小,土体内有效饱和度也随之增加;孔隙比增大还会导致土体饱和渗透能力的减小,非饱和相对渗透系数增加。在相同的载荷条件下,相较于未考虑互态影响的流固耦合模型,考虑互态影响的模型模拟的土体变形量较大,含水率、压力水头较小。