[00145913]分形多孔介质非饱和土力学理论

非饱和土普遍存在于岩土工程活动中,非饱和土力学理论具有指导岩土工程活动的普适价值。理想的非饱和土力学理论不仅能定量地计算非饱和土的力学特性,还要能定性地揭示非饱和土的力学机理,并且理论公式的参数具有明确的物理意义和方法简单规范的确定方法,能够应用于解决实际的岩土工程问题。 相对于饱和土而言,非饱和土的力学性质对土孔隙结构的依赖性更强。孔隙结构直接影响了非饱和土孔隙水分布,改变了非饱和土的力学特性。对于土孔隙结构的研究,多限于定性描述和分析,缺少土孔隙介质的定量模型,没有基于孔隙结构的土力学理论。 申请者致力于土孔隙介质分形模型的研究,建立了土孔隙结构与非饱和土力学性质的定量关系,取得了“分形多孔介质非饱和土力学理论”这一代表性成果。该研究成果包括以下三个重要科学发现： 1．建立了土孔隙结构的分形模型,提出了土孔隙分布分维的确定方法,揭示了土孔隙分布分维、孔隙表面分维和土颗粒分布分维的内在联系。基于土孔隙分布的分形模型和非饱和土孔隙水的分布特点,提出了用有效饱和度表示的非饱和土的土－水特征曲线表达式,导出了非饱和土的渗透系数和扩散系数公式,避免了非饱和土的渗透系数和扩散系数测量费时、费力和精度低的困难,为确定非饱和土的渗透系数和扩散系数提供了简单方法。 2．基于土孔隙分布的分形模型,建立了非饱和土有效应力系数χ与土－水特征曲线的关系,提出了非饱和土的有效应力公式,根据Mohr-Coulomb准则建立了非饱和土的剪切强度理论。这些公式中,只有两个参数：土孔隙分布的分维和非饱和土的进气值,都可以常规试验测量,且测量方法有规范可循。 3．建立固体颗粒破碎的分形模型,提出了颗粒破碎分维的计算方法。基于颗粒破碎的分型模型,解释了颗粒破碎强度的尺寸效应,提出了颗粒破碎强度和破碎几率的计算方法,修正了Weibull理论。 本项目共发表论文 37 篇,他引总次数为 2000余次,其中 SCI 收录 18 篇,他引 356 次,其中 SCI 他引 173次,引用论文的作者主要来自欧美各国,引用论文大多数发表在本学科的顶级期刊上,如 Water Resources Research、Geoderma、Geotechnique 等。本项目的十篇代表性论文均发表在国际著名学术刊物上,他引171 次,其中 SCI 他引 138次。