Физико-химические основы механики грунтов

Взаимодействия между матрицей грунта и водой играют исключительно важную роль в управлении физико-химическим поведением и механическими свойствами грунтов. Однако такие физико-химические процессы долгое время игнорировались или неадекватно учитывались в классической механике грунтов, что существенно ограничивало применимость существующих теорий при рассмотрении сопряжённых мультифизических задач, особенно задач, связанных с глинистыми грунтами и химическими процессами. Для устранения этого пробела в работе впервые интегрированы континуальная теория пористых сред и принципы классической физической химии, чтобы создать теоретическую основу, явно учитывающую взаимодействия между матрицей грунта и водой. Эта основа позволяет количественно описывать сопряжённые термо-гидро-механо-химические (THMC) процессы как в водонасыщенных, так и в ненасыщенных грунтах. На основе определения потенциала взаимодействия матрицы грунта с водой предложено понятие относительного химического потенциала компонентов порового раствора и выведена общая формула для относительного химического потенциала, а также установлены условия равновесия для многофазных пористых систем. Затем введён обобщённый принцип эффективных напряжений, на основе которого выведена формула обобщённых эффективных напряжений. Сформулированы уравнения, описывающие многофазную фильтрацию многокомпонентной среды, раскрыты механизмы термоосмоса и химиоосмоса, а также разработана теоретически самосогласованная модель многофазного течения. Определены условия фазового равновесия в системах «поровая вода–лёд/гидрат», что позволило выявить внутреннюю связь между процессами фазовых переходов и прочностью грунта на сдвиг. Это исследование не только предоставляет единую теоретическую основу для моделирования механического поведения и конститутивного моделирования многофазных пористых сред в условиях сопряжённых мультифизических полей, но и предлагает новый подход к расширению теоретической системы механики грунтов и повышению её инженерно-прогностических возможностей.