陇西湿陷黄土增湿变形的数值模型及其合理性研究

本文档主要探讨了"黄土增湿变形的数值模型"，针对的是甘肃陇西地区的自重湿陷性黄土这一特定研究对象。该研究基于黄土湿陷过程中变形与渗流之间的相互作用，构建了一个数值模型，以深入理解这两种过程在土壤力学中的关键角色。 首先，作者遵循质量守恒定律和达西定律，设计了一套非饱和土-饱和土的、非稳态的轴对称黄土渗流连续性基本方程，充分考虑了变形对渗流行为的影响。这一步骤对于准确模拟黄土在湿润条件下的动态响应至关重要，因为水分的变化可以直接改变土体的物理性质和力学特性。 接着，利用陇西地区室内侧限压缩试验的数据，构建了黄土增湿变形的本构模型，这是一个关键环节，通过实验数据将理论与实际联系起来，为数值模拟提供了实证基础。本构模型能够描述黄土在增湿过程中的行为，如膨胀、压缩等，这对于预测黄土在特定湿度条件下的响应非常有用。 在空间离散方面，采用了Galerkin加权残值法，这是一种数值分析技术，将连续的物理问题转化为离散的数学问题，便于通过有限元方法求解。这种方法确保了模型在空间维度上的精度和效率。 时间离散则是通过差分方法完成，这种方法将时间变量离散化，使得连续的物理过程能够在计算机上进行仿真。通过这种方法，作者得以建立考虑渗流和变形耦合作用的黄土增湿变形有限元支配方程，这是本文的核心成果之一。 最后，作者提出了解决这一数值模型的具体求解方法，这不仅包括了算法的设计，还包括了如何处理边界条件和初始条件，以及如何验证模型的准确性。研究结果显示，考虑黄土增湿变形过程中的渗流与变形耦合是有效的，所建立的有限元模型具有较高的实用性和合理性。 这篇论文为湿陷性黄土在增湿条件下的行为提供了定量的数值分析工具，对于理解和预测此类土壤在工程中的性能变化，特别是在交通基础设施设计中的潜在风险具有重要意义。同时，也为其他类似黄土区域的工程问题提供了有价值的参考方法和技术。