第七届青年地学论坛

对流固耦合问题的研究是岩土工程中的热点问题，深刻的理解固液二相的耦合作用是揭示岩土体变形和渗流耦合问题的关键。前人对流固耦合问题的研究主要关注于固液二相的自态特性，液相渗流对固相变形的影响以总应力中孔隙水压力的形式体现出来，固相变形对液相渗流的影响以渗流控制方程中质量源项的形式体现出来。本文聚焦于考察固液二相互态特性对流固耦合作用机制的影响，首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程（杨氏模量、体积模量、极限偏应力）和以应变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，具体研究结果如下：随着含水率的增大，固相物性参数（杨氏模量、体积模量、极限偏应力）均呈减速递减的趋势；含水率增大使得固相“刚度”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。随着应变的增加，饱和含水率、残余含水率呈线性减小，Gardner模型参数β线性增加、土体内有效饱和度也随之增加；应变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小，含水率、压力水头和达西速率偏大。
 

流固耦合,固液二相互态,本构方程,物性参数