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《非飽和土水力耦合模型理論分析與方法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、D201177727分類號學(xué)號學(xué)校代碼密級寺中科在寧博士學(xué)位論文非飽和土水力耦合模型理論分析與方法研究學(xué)位申請人：李紀(jì)偉學(xué)科專業(yè)：巖土工程指導(dǎo)教師：汪華斌教授答辯日期：年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheoreticalAnalysisofCoupledHydromechanicalModelinginUnsaturatedSoilsCandidate：：：，獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)
2、師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：曰期：年月學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以釆用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□在年解密后適用本授權(quán)書。
3、本論文屬于，不保密乂請在以上方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名：指導(dǎo)教師簽名：曰期：知丨產(chǎn)月〈曰曰期：年月；？曰華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要降雨誘發(fā)滑坡、天然氣水合物的幵發(fā)、路堤沉降等諸多工程問題均涉及到土體水力耦合問題。在非飽和水力耦合過程中，其控制方程呈現(xiàn)出強非線性特征，要求解出在各種邊值條件下，并全面考慮多因素的控制過程是一項十分艱巨的任務(wù)。本文以多孔介質(zhì)理論以及連續(xù)介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，緊密結(jié)合非飽和土滲流變形耦合機理的數(shù)學(xué)化描述，從一些基本的本構(gòu)假設(shè)出發(fā)，嚴(yán)格推導(dǎo)得到不同初邊值條件下的非線性耦合模型。以此為基礎(chǔ)，重點幵展了非飽和滲流變形耦合在不同邊界條件下的解析求解以及非平穩(wěn)隨機性分析
4、等問題的研究。主要研究成果如下：建立不同邊界條件非線性非飽和水力耦合理論模型與系統(tǒng)穩(wěn)定性分析以由固相與水、空氣構(gòu)成的非飽和土三相連續(xù)體為研究對象，基于其中各組分幾何結(jié)構(gòu)與運動學(xué)特性，結(jié)合連續(xù)性規(guī)律與輸運定理，以流體流動特征量與吸力、孔隙分布、體積變形間的相互關(guān)系為基礎(chǔ)，建立非飽和土體中流體流動與變形的耦合模型。針對不同的初始條件與邊界條件以及不同狀態(tài)下的滲流特性，推導(dǎo)出更為簡潔一般的非飽和土水力耦合數(shù)學(xué)模型。此外，基于本構(gòu)關(guān)系一階展開與指數(shù)型擾動模型，提出判據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性的一般性條件。由該條件可知，初始飽和度、進(jìn)氣值與出氣值的比值、孔隙率的變化以及由非飽和轉(zhuǎn)換為飽和時的速度均會引起耦合系
5、統(tǒng)的不穩(wěn)定。求得變換后耦合模型解析解針對模型的非線性特征，推導(dǎo)出簡化耦合模型的變換條件。通過積分變換法求解不同邊界條件下一維耦合模型的解析解，并跟相關(guān)的數(shù)值解對比，確定其有效性。對于二維的水力耦合模型，在不同邊界條件下，給出其函數(shù)的級數(shù)形式，最終求得不同邊界條件下的耦合模型的解析解。結(jié)果表明不同邊界條件下的吸力分布是存在很大的差異的。求得非線性耦合模型同倫分析解考慮到非線性流情況下的強非線性特征，通過同倫分析法在求解強非線性微分華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文方程時在選擇線性算以及輔助參數(shù)上具有明顯的優(yōu)勢，求得非飽和非線性滲流變形耦合模塑的同倫分析解。針對非飽和土固結(jié)方程的非線性特征，對于處于
6、地表淺層的非飽和土層，在經(jīng)驗公式與非飽和土固結(jié)理論的基礎(chǔ)上，將該非線性固結(jié)方程轉(zhuǎn)換為線性的微分方程組并求解得到固結(jié)問題的解析解。耦合模型的非平穩(wěn)隨機過程分析為了考察土體水力特性的空間變異性對非飽和滲流變形耦合的影響，運用攝動理論法，推導(dǎo)出耦合模型隨機微分控制方程。考慮滲透函數(shù)與變形參數(shù)的變異性，運用有限差分法最終求得控制變量的變異性，結(jié)合具體實例分析了耦合模型的變異性特征。結(jié)果表明，土體越干燥，水頭的變異性越大；水頭的變異性對于土體變形較為敏感，尤其是在較為干燥的情形下。依托廣佛肇高速公路項目，在降南條件下對典型填方邊坡進(jìn)行水力耦合解析分析為了探討典型填方邊坡的滲流變形特性，首先，研究
7、了非飽和粉質(zhì)黏土的水力特性以及強度特征。依據(jù)實驗數(shù)據(jù)，運用非線性曲線擬合分別得到原狀樣與重塑樣的滲透函數(shù)方程。三軸剪切實驗結(jié)果表明該非飽和粉質(zhì)黏土的強度特征受干密度與圍壓的影響較大。然后，依托廣佛肇高速公路項目，選取某一典型填方邊坡，建立該邊坡的水力耦合模型。結(jié)合函數(shù)法與法，推導(dǎo)得到該耦合方程的解析解。最后，針對不同降雨強度，探討了在降雨條件下邊坡的吸力分布與路面處位移變化規(guī)律，為填方工程的邊坡設(shè)計與施工提供理論指導(dǎo)。關(guān)鍵詞：非飽和土；水力耦合
