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水 利 学 报

２０２４年 ７月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５５卷 第 ７期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２４）０７ － ０８１５ － １２

考虑温度对静止土压力 Ｋ 系数影响的统一硬化本构模型
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孔令明，李自广，张海兵
（北京建筑大学 土木与交通工程学院，北京 １０２６１６）

摘要：Ｋ系数是重要的岩土工程参数，研究其影响因素和变化规律对合理确定地基应力状态至关重要。本研究通
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过试验和理论方法研究了温度对饱和黏性土 Ｋ系数的影响。首先，以饱和标准砂 － 膨润土混合土样为对象，开展
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不同温度下的侧限压缩试验，获得了 Ｋ系数随温度的变化规律，发现正常固结土的 Ｋ系数随升温而减小，超固
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结土的 Ｋ系数随升温而轻微增大；其次，推导出 Ｋ系数与弹塑性屈服面偏转度之间的定量关系，并将其与温控
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侧限压缩试验结果结合，获得了屈服面偏转度随温度的变化规律；最后，将屈服面偏转度 － 温度关系引入统一硬
化本构模型理论框架，建立了考虑温度对 Ｋ系数影响的饱和黏性土弹塑性本构模型。所提出的模型能够较好地模
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拟多种类型的室内土力学试验。
关键词：黏性土；温度；Ｋ系数；本构模型
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中图分类号：ＴＵ４３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３０５６７

１ 研究背景

随着城市化发展，一些环境和能源岩土工程项目涉及到岩土体温度改变问题，如核废料地质处
置、地源热泵、能量桩、城市供热管线、高压输电线、垃圾填埋场以及地铁围岩（土）传热等 ［１ － ５］ 。这
些岩土工程中的土体通常处于荷载和温度的耦合作用之下，对其进行变形和稳定性分析时需要考虑土
在热力耦合作用下的力学特性。因此，通过试验研究热力耦合作用下的土力学行为并建立相应的本构
模型正受到越来越多的重视。
多年来，学者们针对饱和黏性土的热力耦合力学特性开展了大量试验和本构理论研究。在试验研
究方面，Ｃａｍｐａｎｅｌｌａ等 ［６］ 对饱和正常固结伊利土进行了温控侧限压缩试验，发现不同温度下的压缩曲
线基本相互平行，且压缩曲线位置随温度升高而降低；Ｍａｒｑｕｅｓ等 ［７］ 对超固结黏土在 １０、３０和 ５０℃
下进行侧限压缩试验，发现准前期固结压力随温度升高而减小；Ｋｕｎｔｉｗａｔｔａｎａｋｕｌ等 ［８］ 对正常固结和超
固结黏土在室温和 ９０℃下进行三轴固结不排水压缩试验，发现正常固结土在升温后抗剪强度和刚度
增加，而超固结土在升温后抗剪强度变化不大、刚度略有增加；Ｇｒａｈａｍ等 ［９］ 对重塑饱和伊利土在 ２８、
６５和 １００℃下进行了三轴剪切试验，发现正常固结土在排水条件下升温后抗剪强度增大，在不排水条
件下升温后抗剪强度减小；Ｓｕｌｔａｎ等 ［１０］ 对 Ｂｏｏｍ黏土进行等向恒载变温和恒温变载试验，发现准前期
固结压力随温度的变化规律可用指数函数描述，并发现随着超固结度增大，土在升温过程中的体变逐
渐由体缩转为体胀；Ｃｅｋｅｒｅｖａｃ等 ［１１］ 在 ２２和 ９０℃下对具有不同初始超固结度的高岭土进行三轴排水
压缩试验，发现应力路径随温度升高而变扁平；白冰等 ［１２］ 研究了不同幅值温度荷载下饱和红黏土的固
结效应，发现温度荷载引起的孔隙水压力最大值随升温幅值的增大而增大，达到同一温度后的孔隙水
压力与围压比随围压的增大而减小；王宽君等 ［１３］ 对紫金港黏土和马来西亚高岭土进行等向不排水升温试

收稿日期：２０２３ － ０９ － １６；网络首发日期：２０２４ － ０７ － ２３
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４０７２２．１５２０．００６．ｈｔｍｌ
基金项目：北京市自然科学基金项目（８２０４０５７）；国家自然科学基金项目（４１９０２２８４）；北京市教委一般项目（ＫＭ２０１９１００１６０１５）
作者简介：孔令明（１９８８ － ），博士，副教授，主要从事土的基本力学特性和本构模型等研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｋｏｎｇｌｉｎｇｍｉｎｇ＠ｂｕｃｅａ．ｅｄｕ．ｃｎ
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