非饱和土毛细滞回与变形耦合弹塑性本构模型

马田田，韦昌富，陈 盼，魏厚振，伊盼盼

（1.中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071；2. 武昌理工学院，武汉 430223）

1 引 言

在分析非饱和土问题时，通常将水力学和力学性质分开考虑。但试验现象表明，非饱和土中渗流与变形存在复杂的耦合作用[1－2]。渗流过程影响土体的强度与变形，例如反复的干、湿循环会使非饱和土的强度降低[3]。同时，土体的变形又会改变非饱和土的土-水特性，从而影响孔隙水的渗流过程[4]。因此，有效地模拟任意含水率变化路径下非饱和土的渗流、变形及强度变化之间的耦合作用是亟需解决的关键问题。要解决该关键问题首先需要建立两个本构方程，即应力-应变关系和土-水特征关系及其之间的相互影响。

Alonso等[5]在修正剑桥模型的基础上，提出BBM（Barcelona Basic Model）[6]模型。该模型采用双应力变量，引入 LC（Loading-Collapse）屈服面概念来考虑吸力对屈服应力的硬化作用，能够模拟非饱和土吸水湿陷现象。采用 SI、SD屈服面来描述饱和度的塑性屈服。Wheeler等[7]用吸力控制的非饱和土等向压缩和三轴试验数据验证了BBM模型的合理性。Wheeler[8]、Nuth[9]、孙德安[10]、缪林昌[11]和盛岱超等[12]在BBM模型基础上，采用有效应力代替净应力作为应力状态变量，也用LC屈服面描述非饱和土在不同应力下的吸水湿陷现象。

Wheeler等[7]指出，BBM等非耦合本构模型不能预测在常吸力下饱和度随着剪切而发生变化的特性，也不能反映饱和度随变形的发展增大的这种耦合特性。因此，不能准确地预测不排水条件下非饱和土的水力和力学性状。……