水—土化学力学耦合作用研究进展
土体流固耦合理论研究进展
土体流固耦合理论研究进展陆培毅;韩亚飞;王成华【摘要】传统的渗流计算和变形计算是分开进行,方法虽然简单,但不符合工程实际且精度较低.经过国内外的学者在渗流场和应力场耦合问题上的大量研究,得出了从不同角度开展的耦合理论.为了体现出每种理论的本质和不同理论之间的区别和联系,对流固耦合理论从计算域耦合,基本未知量耦合,参数耦合和本构关系耦合4个方面进行了分类、评价.得出结论计算域耦精度较低但计算简便,基本未知数耦合理论完善,参数耦合仅针对某一类土建立,缺乏普遍性,本构关系耦合需进一步在黏性土中研究.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(037)009【总页数】7页(P53-59)【关键词】岩土工程;流固耦合;计算域;本构关系;基本未知数【作者】陆培毅;韩亚飞;王成华【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津300350;天津大学建筑工程学院,天津300350;天津大学建筑工程学院,天津300350【正文语种】中文【中图分类】TU4330 引言土体流固耦合是研究土体渗流场和应力场之间的相互作用，涉及到土力学，流体力学和两学科的交叉。
太沙基最早提出有效应力原理并基于该原理提出了一维固结理论。
此后，比奥基于弹性理论，平衡条件，连续条件等提出了真三维固结理论[1]，以上两种理论是土力学中最具有代表性的流固耦合理论。
后来，诸多学者分别从耦合形式，有限元等方面对以上两种理论进行了改进和应用，形成了现在的流固耦合理论。
假设条件和耦合角度的不同，得出耦合理论的适用范围和精度也不尽相同。
因此有必要弄清各种耦合理论的前提条件、内在联系、区别和优缺点。
所以笔者对现有的耦合理论从计算域耦合、基本未知数耦合、参数耦合和本构关系耦合4个方面进行分类，目的在深入了解每种理论并总结优缺点，以便在理论指导实际工程时做到扬长避短。
1 计算域耦合1.1 概述计算域之间的耦合是指固体域和流体域之间的相互作用，按作用机理可以分为两种，一种是固体域和流体域部分或完全重叠在一起。
库水作用下滑坡土体渗流与蠕变耦合试验研究
库水作用下滑坡土体渗流与蠕变耦合试验研究
王力;孙文铎;王世梅;胡秋芬;陈玙珊;南芳芸
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】水库滑坡变形具有显著的渗流与蠕变耦合效应。
为此,采用自主研发的渗流与蠕变耦合三轴试验仪,分别开展了渗流对蠕变的影响以及变形对渗流的影响试验研究,并改进GDS三轴仪完成了高精度控制和量测的渗流与蠕变耦合试验。
结果表明:渗流作用下,土样体积变形随时间先逐渐增大后缓慢减小,主要原因是超孔隙水压力导致围压卸荷,使得土样产生回弹变形,但渗透压力持续作用于土体,使得土样体积持续缓慢减小;获取了渗流过程中土样体积的变化结果,分别建立了渗流开始前试样e-k(孔隙比-渗透系数)关系曲线及渗流稳定后试样e-k关系曲线,结果表明考虑变形影响的e-k关系曲线更能反映土体的流固耦合效应。
研究成果可望为水库滑坡变形演化预测提供更加科学严密的理论和方法。
【总页数】7页(P128-134)
【作者】王力;孙文铎;王世梅;胡秋芬;陈玙珊;南芳芸
【作者单位】三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室;三峡大学土木与建筑学院;中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站;河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU41
【相关文献】
1.煤岩渗流——蠕变耦合作用下声发射试验研究
2.考虑渗流与蠕变耦合作用的水库滑坡变形数值分析
3.应力-渗流-化学多场耦合作用下混凝土蠕变特性试验研究——以龙口港工程为例
4.加卸载条件下石英岩蠕变–渗流耦合规律试验研究
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库水位升降作用下土质岸坡水与土体相互作用机理
库水位升降作用下土质岸坡水与土体相互作用机理发表时间：2014-11-25T09:52:03.890Z 来源：《价值工程》2014年第5月中旬供稿作者：梁学战[导读] 库水对岩土体的侵蚀作用水库蓄水以后，水库中巨大水体使库面水域变得更加开阔。
梁学战 LIANG Xue-zhan；王涛 WANG Tao；肖耀廷 XIAO Yao-ting（湖北文理学院建筑工程学院，襄阳 441053）（College of Architecture and Engineering，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，China）摘要：本文从库水位周期性升降过程中水与土体物理作用、水与土体化学作用及水与土体力学作用三个方面，系统分析库水位升降作用下土质岸坡水与土体相互作用机理。
结果表明：水与土体的物理化学作用，在水位周期性升降初期作用显著，随着周期性升降次数的增加，土体力学参数变化基本趋于稳定；水与土体力学作用，在库水位升降过程中，静水压力和动水渗透压力作用与土体的渗透性及水位升降速率有关，浮托力与岸坡的形状及淹没程度有关，岸坡土体基质吸力值随含水量的增加减小较快。
Abstract: This paper, from three aspects of the physical action of water and soil in process of reservoir water level fluctuation, the chemical action of water and soil and mechanics action of water and soil, systematically analyses the mechanism of interaction between water and soil of soil bank under fluctuation of reservoir water level. As a result, the physical action of water and soil is affected obviously in the fluctuation of water level, the variation of soil mechanics parameter tends to be stable with the increase of the number of fluctuation cycles. In the process of reservoir water level fluctuation, hydrostatic and hydrodynamic seepage pressure relates to the soil permeability and water level fluctuation rate, uplift force, shape of slope, flooding degree; bank soil matric suction decreases rapidly with the increase of moisture content.关键词：岩土力学；水位升降；土质边坡；水土作用；机理Key words: rock and soil mechanics；fluctuation of water level；soil slope；action of water and soil；mechanism 中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）14-0122-02 引言三峡库区土质岸坡多分布在库区山前的河谷两岸，库水位周期性的循环涨落必将引起岸坡地下水位长期周期性波动，岸坡水土作用加剧，导致土体饱水软化，土体成分发生变化，改变土体的物理力学参数，引起坡体渗流场、应力场的变化，影响岸坡的稳定性[1]。
水工混凝土溶蚀试验方法的应用研究综述
科技风2018年2月工程技术D01：10.19392/j.c n k i.1671-7341.201805094水工混凝土溶蚀试验方法的应用研究综述陈沁宇陈信宇江苏省南京市河海大学江苏南京210000摘要：总结目前国内外混凝土溶蚀试验研究的研究现状，介绍混凝土溶蚀试验常用的试验方法以及影响混凝土耐久性的外 部因素。
重点对溶蚀试验方案作出归纳和总结，指出各方法的优缺点。
最后在现有的溶蚀试验的研究成果上提出有待解决的问 题和展望。
关键词！水工混凝土；溶蚀；试验方法1概述水工混凝土，顾名思义，就是用于水工建筑物的混凝土。
水工混凝土长期与大气和水接触，常会受到日晒、冲刷和溶蚀 等作用。
本文着重论述溶蚀作用对混凝土的影响。
林芳荣[1]在文献中指出，混凝土的溶蚀可以大致分成三个 阶段:第一阶段:混凝土浅表的石灰溶解并附着在混凝土表面 形成一层饱和层;第二阶段:混凝土表面的石灰向周围水环境 中扩散;第三阶段：混凝土内部的石灰沿着毛细管向外扩散。
自那时起，混凝土溶蚀问题开始逐渐受到国内学者的高度关注。
由于水工混凝土在不同水环境中所受的水压力不同，可将 混凝土在水中的溶蚀过程分为两类，即：（1)接触溶蚀：当混凝 土所受水压力小到可忽略时所受到的溶蚀作用；（2)渗透溶蚀：当混凝土所受水压力不可忽略时所受到的溶蚀作用。
大坝蓄 水后，混凝土大面积与水接触，会产生接触溶蚀；同时，在水的 压力作用下，渗水不可避免，会产生渗透溶蚀。
在长时间溶蚀 过程中，混凝土的钙离子会流失，胶结物会受到破坏，这也是水 工混凝土的常见病害之一。
为了研究水工混凝土的溶蚀机理，必定要对其做一系列的实验。
而溶蚀试验是一个需要耗费大 量的人力、物力、财力和时间的漫长试验过程，。
目前，混凝土 的溶蚀试验尚没有统一的标准方法，本文主要就混凝土溶蚀特 性的试验方法进行总结评述。
2国内外研究现状第一类方法是浸泡法。
其中，浸泡法又分为直接浸泡法和 破碎浸泡法。
土壤水文过程与地下水补给相关研究进展
土壤水文过程与地下水补给相关研究进展引言：土壤水文过程与地下水补给是地球水循环过程中的重要组成部分，对于水资源管理和生态系统健康至关重要。
本文将探讨土壤水文过程、地下水补给机制以及相关研究进展，以期增加对土壤水文过程与地下水补给相关问题的理解。
主体：一、土壤水文过程1.1 土壤水循环土壤中的水经历蒸发、降水、入渗、径流等过程，构成了复杂的土壤水文循环系统。
这其中，入渗和蒸发是土壤水文过程的两个关键环节。
1.2 土壤保水能力土壤保水能力是指土壤对水分的吸附、储存和释放能力。
土壤的物理特性、粘土含量、有机质含量等因素影响着土壤保水能力强弱，从而决定了土壤中水分的分布与动态变化。
1.3 土壤渗透性土壤渗透性是土壤水文过程中的重要指标，它决定了降水入渗到土壤中的速度和深度。
土壤质地、孔隙结构、孔隙度等因素影响着土壤渗透性的大小。
二、地下水补给机制2.1 渗流入渗补给渗流入渗是指地表水通过土壤的孔隙系统向地下渗透的过程。
降水后的地表径流和入渗水量的一部分会通过渗流入渗进入地下水系统，经过一系列的水文过程，补给地下水。
2.2 汇流补给汇流补给是指地表水流向河流、湖泊和湿地，并最终进入地下水系统。
降水过程中，地表径流可通过地下深流、地下河流等途径向地下水补给。
2.3 植物蒸腾补给植物通过根系吸收土壤中的水分，经过蒸腾作用释放到大气中。
这种方式是土壤水分进入大气的途径，同时也是地下水补给的一种形式。
三、相关研究进展3.1 水文模型水文模型在土壤水文过程与地下水补给研究中发挥着重要作用。
通过建立数学模型，可以模拟土壤水分运动过程和地下水补给的时空变化，为水资源管理和生态系统保护提供科学依据。
3.2 遥感技术的应用遥感技术可以获取大面积、高时空分辨率的土壤水分信息。
利用遥感技术，可以监测和预测土壤水文过程与地下水补给，为农业生产和水资源利用提供数据支持。
3.3 水稳定同位素研究水稳定同位素研究可以揭示水分来源和循环过程。
水岩土化学作用与地质灾害防治_汤连生
第10卷 第3期中国地质灾害与防治学报Vol.10 No.3 1999年9月T HE CHIN ESE JO U RN A L OF GEO L OG ICA L HA ZA RD A N D CO NT RO L Sept.1999水-岩土化学作用与地质灾害防治X汤连生X X 王思敬(中国科学院地质研究所工程地质力学开放实验室,北京,100029) 张鹏程 唐 诚(中山大学地球科学系,广州,510275) (中国科学院南海海洋研究所,广州,510301) 提要 水-岩土化学作用对岩土力学效应的研究是岩土力学中亟待开拓的研究领域,此方面的研究及其应用将直接导致地质灾害研究领域中新认识的出现,并在地质灾害机理与防治研究及环境地质研究等方面具有广泛的应用前景。
本文对常温常压下,不同岩石在不同循环流速的水化学溶液中抗压强度的变化进行了试验研究,主要对水化学作用对岩石的力学效应的作用机理进行了分析,同时也分析了水化学作用对土体力学性质的影响,讨论了其定量描述的可能性及扩展到更广泛的应用研究领域的前景,其中对一些典型的与水化学作用有关的地质灾害作了分析,并对地质灾害防治的研究思路进行了探讨。
关键词 水-岩土化学作用 地质灾害 变形破坏 力学效应 防治一、水化学作用对岩石力学性质的影响1.水-岩化学作用水岩化学对岩石的作用是一种复杂的岩石强度的腐蚀过程。
强度腐蚀的化学作用过程的机理研究已涉及到有:(1)水的pH值的作用;(2)全等溶解作用;(3)非全等溶解作用(水解作用);(4)离子交换作用;(5)温度的影响;(6)压力的影响。
其机理很复杂,有各种解释,其中也有以能量的观点来解释水化学作用导致岩石力学性质改变的机理。
例如, Westw ood(1974)发现,当被测矿物上单层吸收的静电势为零时,玻璃和石英的压缩硬度最大,当静电势变高时,其压缩硬度就变小。
Dunning et al.(1984)、Boo zeretal(1963)和Sw olfs(1971)在对石英的裂隙渗透实验与砂岩的抗压实验中发现,由于水化学环境的作用而造成的被测矿物的表面自由能的减少。
【精品】流固耦合问题研究进展及展望
流固耦合问题研究进展及展望流固耦合问题研究进展及展望流固耦合问题研究进展及展望摘要：天然岩体大多数为多相不连续介质，岩体内充满着诸如节理、裂隙、断层、接触带、剪切带等各种各样的不连续面，为地下水提供了储存和运动的场所。
地下水的渗流以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布；同时岩体应力场的改变使裂隙产生变形，从而影响了裂隙的渗透性能，因此，流固耦合问题研究主要考虑流体在固体中的变化规律，尤其是流体渗流与和岩体应力之间的耦合作用,通过对国内外相关文献的分析与整理，从流固耦合的研究现状、特点、研究方法及展望这四个方面进行了论述。
关键词：流固耦合；岩体；地下水；研究方法；渗流中图分类号：X523文献标识码： A 文章编号：天然岩石不只是单一固相介质，尚有固相、液相和气相并存的多孔介质组合，岩石经历了漫长的成岩和改造历史，其内部富含各种缺陷，包括微裂纹、孔隙以及节理裂隙等宏观非连续面，它们的存在为地下水提供了储存和运动的场所。
地下水的渗流还以渗透应力作用于岩体，影响岩体中应力场的分布，同时岩体应力场的改变往往使裂隙产生变形，影响裂隙的渗透性能，所以渗流场随着裂隙渗透性的变化重新分布，因此，在许多情况下必须考虑流体,包括液体(油或水)、气体(天然气、煤矿瓦斯等)在多孔介质中的流动规律及其对岩体本身的变形或强度造成的影响，即应考虑岩体内应力场与渗流场之间的相互耦合作用。
近年来，流固耦合问题越来越受到人们的重视，这方面的研究涉及许多领域，在采矿领域，涉及地热开发，石油开采中的流固耦合渗流，采矿围岩突水问题等。
在建筑工程领域，包括地下水抽取引起的地面沉降问题，基坑渗流引起变形问题，坝基渗流及稳定性问题，隧道建设等。
在环境工程领域涉及地下核废料存储，城市垃圾废弃物处理等以及生物医学工程等领域，这一问题的研究对促进科技进步和解决实际工程技术问题有着重要意义。
1 国内外研究现状关于岩体和流体相互作用研究最早见诸K.Terzaghi对有关地面沉降研究，其内容主要限于考虑一维弹性孔隙介质中饱和流体流动时的固结，提出了著名的有效应力公式，迄今该公式仍是研究岩体和流体相互作用的基础公式之一。
土壤水分运移模拟研究进展
土壤水分运移模拟研究进展随着全球气候变化的加剧，水资源的运用和管理问题日益突显。
土壤作为水分的重要储存和传输介质，对水资源的管理和利用起着至关重要的作用。
因此，研究土壤水分运移规律，有助于科学有效地利用水资源，提高土壤水分利用率，促进可持续发展。
近年来，土壤水分运移模拟研究在国内外得到了广泛的关注。
本文将综述土壤水分运移模拟研究的进展，并探讨未来的发展方向。
土壤水分运移模拟研究始于上世纪六十年代，当时主要采用经验公式和经验模型进行水分运移模拟。
随着计算机技术的发展和对土壤水分运移过程认识的不断深入，土壤水分运移模拟研究逐渐转向利用数学模型来模拟和分析土壤水分运移规律。
目前，土壤水分运移模拟研究已经进入到基于物理学原理的过程模型时代。
二、土壤水分运移模拟的数学模型目前，常用的土壤水分运移模拟数学模型主要包括物理过程模型和经验统计模型两种类型。
1.物理过程模型物理过程模型是基于土壤水分传输过程的物理学原理，采用连续方程和边界条件来描述土壤水分以及水分运动过程。
其中最常用的物理过程模型包括Richard方程、Green-Ampt方程、Brooks-Corey模型、Van Genuchten模型等等。
其中，Richard方程是应用最为广泛的一种土壤水分运移模拟模型，它描述了土壤中的洛伦茨力、重力和毛细力对水分的影响，是一种基于不可压缩流体的连续方程。
2.经验统计模型经验统计模型基于观测数据，通过统计学方法建立起来的模型。
它主要是针对在实际工作中观测数据不够充分的情况下，采用一定的数学方法来推算和模拟土壤水分运移规律。
其中，常见的经验统计模型包括水分平衡方程、水分运移守恒方程、线性滤波器等。
土壤水分运移模拟的研究和应用主要分为两个方面：1.数值仿真数值仿真是通过数学模型对土壤水分运移过程模拟和预测。
数值仿真的方法主要包括有限元法和有限体积法等。
2.水文模拟水文模拟是通过建立水文模型来模拟土壤水分运移过程，以预测降雨和地下水的响应。
土壤水分运移模拟研究进展
土壤水分运移模拟研究进展随着气候变化和人类活动的影响，土壤水分的运移对环境和农业生产具有重要的影响。
因此，土壤水分运移模拟成为了国内外研究的热点之一。
本文将对土壤水分运移模拟的研究进展进行综述。
一、模型分类目前，土壤水分运移模拟模型主要可以分为两大类：物理模型和统计模型。
物理模型是通过对各种动力学方程以及天文、地理、气象等数据进行数学描述，再通过计算来模拟水分运移的过程。
统计模型则是通过大量的实测数据进行拟合，建立关于土壤及其水分运移的统计模型，并通过模型参数进行预测。
二、模型应用1. 水资源管理土壤水分运移模拟对于水资源管理具有很大的帮助，可以通过模型对空间和时间上的水分分布进行研究，为水资源的开发利用提供科学依据。
2. 农业生产土壤水分对于农业生产具有重要的影响，特别是在干旱和半干旱地区。
土壤水分运移模拟可以帮助农业生产者制定合理的灌溉方案，提高土地的水分利用效率。
3. 土地利用规划土壤水分运移模拟可以结合土地利用规划，为土地的合理利用提供科学依据。
模型可以为土壤肥力、植物生长等提供数据，对决策者制定科学的土地利用规划有很大的帮助。
三、模型发展趋势随着数据采集技术、计算机技术的不断进步，土壤水分运移模拟模型的精度和可靠性得到进一步提高。
同时，建立多元、全球、分配化的大尺度土壤水分运移模型已经成为一个新的研究热点，将为生态系统保护和气候变化研究提供科学依据。
总之，土壤水分运移模拟模型已经成为当下研究的热点之一，其在气候变化、农业生产和水资源管理等方面具有重要应用价值。
模型发展的趋势是向多元化、全球化、分配化发展，对生态环境的保护和气候变化问题的研究具有重要作用。
岩土水力学耦合过程的数学模型
• •
四、岩土介质水力学耦合数学模型类型
• • • • • 按照岩土介质空隙结构的不同，可以分以下四 种类型： 1.连续孔隙介质水力学耦合模型 2.等效连续介质水力学耦合模型 3.裂隙网络介质水力学耦合模型 4.双重介质水力学耦合模型
五、岩土介质水力学耦合数学模型的 建立方法
•
机理分析法：通过岩土介质与地下水相互力学 作用的机理分析，运用力学和数学手段，建立岩 土介质水力学耦合的数学模型。 • 混合分析法：以机理分析法为基础，结合试验 分析，研究岩土介质的力系机理。 • 系统辨识法：通过测量系统在人为输入作用下 的输出响应，或正常运行时的输入输出数据记录， 加以必要的数据处理和数学计算，估计出系统的 数学模型。
岩土介质中常见的各种耦合关系
•
10.岩土介质水—热—力—生物过程耦合关系， 该过程耦合关系主要研究岩土介质温度、渗流、 变形与生物过程耦合关系。
四、岩土介质水力学耦合数学模型类型
• 数学模型的类型很多，根据目前岩土水力学研 究所用的数学模型，可以分为两种： 岩土介质集中参数型耦合模型 岩土介质分布参数型耦合模型
二、岩土介质二次耦合场.3
•
岩土体系统内的应力和地下流体的相互作用， 应力岩土体的空隙结构，改变地下流体的运移通 道，这就是岩土体系统内应力场对渗流场的影响； 另一方面，岩土体系统内地下流体的存在，地下 流体通过物理作用、化学作用和力学作用等也改 变岩土体的结构，施加给岩土体以静水压力和动 水压力，这就是岩土体系统内渗流场对应力场的 影响。在一定时期内，多场叠加作用使岩土体处 于一种动平衡状态。
岩土介质中常见的各种耦合关系
• 2.岩土介质水—热耦合关系，也称为岩土介质 渗流与温度之间的过程耦合关系。该过程耦合关 系主要研究温度变化对岩土介质中流体流动性质 如流体动力黏滞系数和密度的影响，以及温度梯 度会驱动流体运动，从而导致渗流速度变化。对 于高寒地区，冻结过程使岩土介质中流体流动性 减小；融化过程使岩土介质中流体流动性增强； 对于热带地区，高温使得岩土介质中流体流动性 增强。岩土介质中渗流的热对流和热传导作用， 会改变热场。
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水—土化学力学耦合作用研究进展
巖土介质的水-土化学力学耦合作用问题是一些重大工程实践中所必须解决
的关键科学问题。文章分别从定性研究、定量研究以及本构关系模型三个方面阐
述这一方向的研究现状。经归纳总结：目前对有关水-土化学力学耦合作用的机
理认识还存在一定的局限性；所建立的能考虑粒间物理化学作用力的有效应力公
式不能充分考虑孔隙约束、颗粒表面吸附等岩土介质所特有的性质；基于此建立
的本构关系模型在描述化学作用等环境荷载作用下岩土介质的本构行为特征也
存在明显的不足。
标签：岩土介质；水化学环境；水-土化学作用
1 概述
无论是自然沉积或是人工堆填的岩土介质都是由多种组份构成的，而且这种
介质的固体骨架通常带有剩余的电荷（即具有电性）。例如，对饱和粘性土，其
骨架由不同的带电矿物成份构成，当它与土中水充分接触时，由于黏土颗粒与水
分子均存在不平衡的电荷分布，加之土体孔隙水中包含着各种离子，使得在黏粒
-水-电系统间存在显著的相互作用力[1，2]。在温度变化、化学作用等环境荷载
作用下，作为一种多相多组份孔隙材料的岩土介质表现出极为复杂的化学-力学
耦合效应及工程力学行为。
例如，滨海地区因过度开采地下水，打破了咸淡水之间的平衡，引起海水倒
灌，导致城市地面下沉；水库蓄水水位周期变化，引起库岸滑坡；垃圾填埋场中
溶质迁移引起防护层的失效，导致二次污染等。因此，岩土体化学-力学耦合作
用及其机理研究是近年来国际岩土工程领域探索的一个热点。
2 研究进展
2.1 定性研究阶段
因一系列的环境问题引发了接连不断的工程问题，迫使国内外学者们从20
世纪40年代初就开展了关于孔隙水化学环境变化对黏性土的化学-力学行为特性
影响的研究[3，4]。主要针对以膨润土和高岭土为研究对象，开展了一系列孔隙
溶液为无机盐、酸和碱以及有机溶剂的液塑限、自由沉降、变形和强度等试验研
究。研究分析发现，水化学环境发生改变的情况下，黏性土内部组织物理化学成
分和结构组成由于水化学作用而产生变化，从而引起黏土宏观物理力学特性的改
变。
首先在土体的持水性方面，黏土矿物和空隙溶液相互作用后，因黏粒的选择
性吸附，或表面分子自身的解离以及同晶替代作用，通常使黏粒表面吸附离子而
带负电，进而在其周围形成电场，在静电引力的作用下，吸附空隙溶液中的水分
子偶极子、阳离子聚集在其周围，形成双电层，如图1所示[1]。当外界条件的
变化，如溶液成分、浓度、pH值等变化，从而改变了双电层的性状，最终导致
土体持水性的改变。
水-土化学作用对土体力学特性的影响，主要包括变形和强度方面两个方面。
其作用机制，从微观层面来看，主要是孔隙溶液成分变化使得颗粒間物理化学作
用力发生了改变，进而使颗粒发生了重排。例如，当孔隙溶液浓度较低时，片状
矿物颗粒间表现为净斥力，形成排列无规律的F-F分散结构。随孔隙溶液浓度的
增加，粒间净引力增大，片状颗粒相互吸引，发生絮凝，形成以E-E接触方式的
絮凝结构，随浓度继续增加，最终过度到E-F絮凝结构。
从宏观层面来看，是由于有效应力发生了改变。基于Terzaghi提出的有效应
力原理
提出了能考虑粒间电化学作用力的有效应力公式[2]
式中：A是颗粒间的吸引力；是颗粒间的排斥力。R通过式（2）可知，随
孔隙溶液浓度增加，颗粒间吸引力增强，排斥力减小，促使有效应力增强，进而
宏观上表现为随孔隙溶液浓度增加变形量增加，强度有所提高。
2.2 定量研究阶段
为满足实际工程需要，光是定性研究是不够的，势必要求进行定量化研究。
这实际就是回答式（2）中的A-R具体用什么来描述。一些学者[5]引入了渗透压
力？仔来表示，其计算公式如下
需要指出的是，式（3）在进行定量化研究进程中，具有一定进步意义，但
也存在一定的局限性。因为但通过式（4）计算而得到的渗透压力，是未充分考
虑孔隙约束、颗粒表面吸附等岩土介质所特有的性质。
2.3本构关系模型
Homan和Shao[6]针对不同水化学溶液饱和情况下的白垩岩，开展了应力式
三轴剪切试验，并基于试验结果，在弹塑性框架内利用双屈服面模型来描述白垩
岩的化学力学行为。受上述建立的能考虑水化学环境变化下水-土化学力学耦合
作用本构关系模型的启发，后续一大批本构关系模型被建立。
值得说明的是，这些模型只是基于特定背景下根据零散试验结论而建立的，
同时又鉴于建模时所采用的考虑粒间电化学作用力的有效应力公式是在原有的
经典土力学理论的基础上进行了物理化学作用效应的扩展，对传统的有效应力进
行了修正而得的。但因式（3）的局限性，故这些本构模型目前还不能充分地考
虑化学-力学相互耦合作用效应。这充分说明，在建立能有效考虑化学-力学相互
作用效应的理论框架，这方面还有很长的一段路要走。
3 结束语
本文立足于水-土化学力学耦合作用所引起的环境岩土工程问题，分别从定
性研究、定量研究以及本构关系模型建立三个方面阐述了水化学环境变化下水-
土化学力学耦合作用问题的研究现状。经总结归纳发现，目前对有关水-土化学
力学耦合作用的机理认识存在一定的局限性；对传统的经典土力学理论进行了物
理化学作用效应的扩展，所建立的能考虑粒间物理化学作用力的有效应力公式不
能充分考虑孔隙约束、颗粒表面吸附等岩土介质所特有的性质；基于此建立的本
构关系模型在描述化学作用等环境荷载作用下岩土介质的本构行为特征也存在
明显的不足。故有关水-土化学力学耦合作用研究目前还处于研究的初始阶段，
为达到服务工程实践的目标，还需要有很长的一段路要走。
参考文献
[1]李广信.高等土力学[M].北京：清华大学出版社，2004.
[2]Mitchell J K， Soga K. Fundamentals of Soil Behavior[M].New York：
Wiley，1976.
[3]Winterkorn H F， Moorman R B B. A study of changes in physical properties
of Putnam soil induced by ionic substitution[C]//Highway Research Board
Proceedings.1941， 21： 415-434.
[4]Bolt G H. Physico-chemical analysis of the compressibility of pure
clays[J].Geotechnique， 1956， 6（2）： 86-93.
[5]Rao S M， Thyagaraj T. Role of direction of salt migration on the swelling
behaviour of compacted clays[J].Applied Clay Science， 2007， 38（1）： 113-129.
[6]Homand S， Shao J F. Mechanical behaviour of a porous chalk and
water/chalk interaction. Part 2：Numerical modelling[J].Oil & Gas Science and
Technology，2000，55（6）：599-609.