›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (7): 2036-2042.doi: 10.16285/j.rsm.2017.07.025

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

颗粒间的毛细作用以及吸应力特征曲线分析

周凤玺1, 2,曹小林1,马 强1   

  1. 1. 兰州理工大学 土木工程学院,甘肃 兰州 730050;2. 兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心,甘肃 兰州 730050
  • 收稿日期:2015-07-13 出版日期:2017-07-10 发布日期:2018-06-05
  • 作者简介:周凤玺,男,1979年生,博士,教授,主要从事岩土力学、复合材料结构力学等方面的研究与教学工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. 11162008,No. 51368038);甘肃省环境保护厅科研基金(No. GSEP-2014-23);甘肃省教育厅研究生导师基金资助项目(No. 1103-07)。

Analysis of capillary cohesion and suction stress characteristic curve between two spheres

ZHOU Feng-xi1, 2, CAO Xiao-lin1, MA Qiang1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 2. Western Engineering Research Center of Disaster Mitigation in Civil Engineering of Ministry of Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
  • Received:2015-07-13 Online:2017-07-10 Published:2018-06-05
  • Supported by:

    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51368038, 11162008), the Environmental Protection Department of Gansu Province (GSEP-2014-23) and the Fund of Education Department of Gansu Province of China for Master's Tutor (1103-07).

摘要: 颗粒之间的毛细作用是分析湿颗粒体系力学特性的一个重要方面。考虑两球形颗粒与粒间弯液面的相互作用,采用打靶法求解得到了粒间气-液-固交界面的几何形状与基质吸力关系的精确解答,并与环形近似方法和数据拟合方法得到的粒间作用力进行了比较,分析了两种简化方法的精确度。在此基础上,分析了不同粒间间距、液-固接触角以及基质吸力时,两球形颗粒间由毛细作用引起的吸应力特征曲线。分析结果表明,当液体体积较小时,拟合方法得到的结果更好,而当液体体积较大时,采用环形近似得到的结果要比拟合方法更接近精确解,为非饱和土中吸力的认识以及非饱和土力学微观分析提供了一定的理论指导。

关键词: Young-Laplace方程, 非饱和土, 液桥, 吸应力特征曲线, 有效应力原理

Abstract: The capillary interaction among particles is an important aspect of analyzing the mechanical properties of wet granules. By considering the interaction between two spherical particles and the inter-particle meniscus, exact solutions for geometry and matric suction of the interface of gas-liquid-solid are deduced by shooting method. The results by the proposed method are compared with the inter-particle forces obtained by the annular approximation method and the data fitting method to evaluate the accuracy of the two simplified methods. The characteristic curves of the suction stress caused by the capillary action between the two spherical particles are analyzed for different inter-particle spacings, different liquid-solid contact angles and different matrix suctions. The results obtained by the fitting method are better for the smaller volume of the liquid, and the result by the circular approximation is closer to the exact solution than that by fitting method for larger liquid volume. This study provides some theoretical guidance for understanding the suction in unsaturated soils and microscopic analysis of unsaturated soil mechanics.

Key words: Young-Laplace equation, unsaturated soil, liquid bridge, suction stress characteristic curve, principle of effective stress

中图分类号: 

  • TU 431

[1] 杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, . 非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2241-2251.
[2] 陈昊, 胡小荣. 非饱和土三剪强度准则及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2380-2388.
[3] 文伟, 赖远明, 尤哲敏, 李积锋, . 基于Pitzer离子模型的盐渍非饱和土孔隙 相对湿度计算[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1944-1952.
[4] 陶帅, 董毅, 韦昌富, . 环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2132-2142.
[5] 柳鸿博, 周凤玺, 岳国栋, 郝磊超. 非饱和土中热弹性波的传播特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1613-1624.
[6] 孙银磊, 汤连生, 刘洁, . 非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1095-1122.
[7] 李潇旋, 李涛, 李舰, 张涛. 循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1153-1160.
[8] 李华, 李同录, 江睿君, 范江文. 基于滤纸法的非饱和渗透性曲线测试[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 895-904.
[9] 程涛, 晏克勤, 胡仁杰, 郑俊杰, 张欢, 陈合龙, 江志杰, 刘强, . 非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 453-460.
[10] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[11] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
[12] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[13] 刘丽, 吴羊, 陈立宏, 刘建坤, . 基于数值模拟的湿润锋前进法测量精度分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 341-349.
[14] 周凤玺, 柳鸿博, . 非饱和土中Rayleigh波的传播特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3218-3226.
[15] 詹良通, 胡英涛, 刘小川, 陈捷, 王瀚霖, 朱斌, 陈云敏. 非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验 及多物理量联合监测[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2478-2486.
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