不同排水条件下非饱和土中柱孔扩张问题的解析分析1)

周凤玺 牟占霖 杨汝贤 张雅森

∗(兰州理工大学土木工程学院,兰州 730050)

†(西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,兰州 730050)

∗∗(甘肃建投建设有限公司,兰州 730050)

引言

圆孔扩张理论最先由Bishop 等[1]提出用来解决金属压痕问题,被Vesic[2]将其引入岩土与地下工程领域后,在诸如旁压和圆锥贯入试验问题[3-4]、石油工程中井筒稳定性的鉴定[5-6]、桩轴和地锚承载力的确定[7]以及沉桩扩孔和静力触探[8-13]等工程实践中得到了普遍应用,同时也促进了圆孔扩张理论的长足发展.

圆孔扩张问题的现有解答大多数都是建立在饱和土体基础上提出的[14-18],因而对于非饱和土地区的实际工程问题缺乏指导意义.首先,非饱和土是多相混合体,土中吸力会显著影响圆孔扩张后周围土体中应力场的分布,且不同于饱和土体,超孔隙水压力在非饱和土中难以产生,尤其在不同排水条件下,土体的体积变化情况对土体中应力应变场分布成为关键影响因素.现有对于非饱和土中圆孔扩张问题的研究中,Russell 和Khalili[19]采用有效应力和界面塑性理论的概念,在临界状态框架下建立统一的本构模型并考虑吸力和颗粒破碎的影响,对非饱和土圆孔扩张问题进行了求解,但其采用的是相对复杂的边界面模型,最终使用相似解技术得到了两种不同土壤条件下的球柱形小孔扩张的半解析解;胡伟等[20-21]考虑了土体体积变化的影响,结合修正剑桥模型推导出了非饱和土中球形孔扩张后土体……