Понятие матричного всасывания в теории поведения ненасыщенных грунтов

Abstract

Авторы рассматривают ключевой вопрос механики ненасыщенных грунтов, касающийся правильного использования понятия матричного всасывания: является ли матричное всасывание переменной напряжения или переменной напряженного состояния? Цель. Определение корректного подхода к описанию матричного всасывания и его влияния на поведение ненасыщенных грунтов. Материалы и методы. Общепринятый принцип механического равновесия и концепция представительного элементарного объема для многофазных пористых сред, включающих воздух, воду и твердые частицы. Авторы обобщили общепринятые физические и логические рассуждения для анализа матричного всасывания в типичных условиях воздух-вода-твердое тело. Результаты исследования. Матричное всасывание не является переменной напряжения на типичном уровне воздух-вода-твердое тело. Вместо этого его следует рассматривать как переменную напряженного состояния. Также установлено, что при рассмотрении матричного всасывания как переменной напряженного состояния существует взаимозависимость между ним и нормальным напряжением при одновременном использовании для описания состояния напряжения в ненасыщенных грунтах. Полученные результаты имеют важные последствия для концепции, теоретизации и применения механики ненасыщенных грунтов. Понимание того, что матричное всасывание является переменной напряженного состояния и взаимосвязано с нормальным напряжением позволяет более точно моделировать поведение ненасыщенных грунтов и разрабатывать более надежные инженерные решения. Это исследование способствует углублению знаний в области механики грунтов и предоставляет новые направления для дальнейших научных изысканий

The authors address a key issue in unsaturated soil mechanics concerning the correct use of the concept of matrix suction: is matrix suction a stress variable or a stress state variable? Aim. To determine the correct approach to describe matrix suction and its effect on the behavior of unsaturated soils. Materials and methods. Generally accepted principle of mechanical equilibrium and the concept of representative elementary volume for multiphase porous media including air, water and solid particles. The authors generalized the commonly accepted physical and logical reasoning to analyze matrix suction under typical air-water-solid conditions. Results. The study revealed that matrix suction is not a stress variable at the typical air-water-solid level. Instead, it should be considered as a stress state variable. It is also found that when considering the matrix suction as a stress state variable, there is a relationship between it and normal stress when used simultaneously to describe the stress state of unsaturated soils. The results obtained have important implications for the concept, theorizing, and application of unsaturated soil mechanics. Understanding that matrix suction is a stress state variable and is related to normal stress allows for more accurate modeling of unsaturated soil behavior and the development of more robust engineering solutions. This study contributes to the advancement of soil mechanics knowledge and provides new directions for future research