水力-力学耦合的非饱和土本构关系及其数值算法研究的任务书.docx

水力-力学耦合的非饱和土本构关系及其数值算法研究的任务书
任务书：水力-力学耦合的非饱和土本构关系及其数值算法研究
背景和意义：
水力-力学耦合问题在地下水工程、岩土工程、交通工程、水利工程等领域中有着广泛的应用。而非饱和土在这些工程中的存在也不容忽视。非饱和土的物理性质和力学行为与饱和土存在很大的差异，非饱和土的劣化及变形行为更是值得关注。同时，在非饱和土中，含水量是一个重要的物理参数，决定了土体的力学性质和运动规律。因此，有效的非饱和土本构模型是研究非饱和土水力-力学耦合问题的基础。
在近年来，随着计算机技术和数值方法的不断发展，数值模拟技术在研究非饱和土水力-力学耦合问题中得到了广泛使用。但是，现有的非饱和土本构模型和数值方法在描述非饱和土的特性方面仍存在一定的问题。
因此，本项目旨在研究水力-力学耦合的非饱和土本构关系及其数值算法，以期为非饱和土力学的深入研究和实际工程应用提供科学的理论支持和技术方法。
研究内容：
1.综述非饱和土的物理性质和力学行为，分析现有非饱和土本构模型的不足。
2.提出一种改进后的非饱和土本构模型，并通过实验数据进行验证和校准。
3.在改进后的非饱和土本构模型的基础上，研究非饱和土水力-力学耦合问题，并建立数值计算模型。
4.对比分析各种数值算法的优缺点，提出一种适合解决非饱和土水力-力学耦合问题的数值算法。
5.进行实际工程案例研究，验证本研究所提出的非饱和土本构模型和数值算法是否可行和实用。
目标和成果：
通过本项目的研究，旨在达到以下目标：
1.提出一种适用于描述非饱和土水力-力学耦合问题的本构模型。
2.建立一种适合求解非饱和土水力-力学耦合问题的数值算法。
3.验证本研究所提出的非饱和土本构模型和数值算法的正确性和实用性。
4.为非饱和土力学的深入研究和实际工程应用提供科学的理论支持和技术方法。
预期成果如下：
1.一份论文，阐述改进后的非饱和土本构模型和数值算法的研究过程和结果。
2.一份实验数据报告，详细记录实验过程和结果。
3.一份实际工程案例研究报告，验证本研究所提出的非饱和土本构模型和数值算法是否可行和实用。
4.一份完整的计算程序，包括非饱和土水力-力学耦合问题的求解过程，并在代码和注释中详细说明算法步骤和思路。
5.提供一份使用说明书，包括如何使用计算程序，说明程序运行过程中需要注意的问题。
研究计划：
本项目的研究计划将分为以下几个阶段：
阶段一（1个月）：综述非饱和土的物理性质和力学行为。分析现有非饱和土本构模型的不足，提出本研究所采用的非饱和土本构模型。
阶段二（2个月）：进行非饱和土实验，利用实验数据进行本研究所提出的非饱和土本构模型的验证和校准。
阶段三（3个月）：在改进后的非饱和土本构模型的基础上，研究非饱和土水力-力学耦合问题，并建立数值计算模型。
阶段四（2个月）：对比分析各种数值算法的优缺点，提出一种适合解决非饱和土水力-力学耦合问题的数值算法。
阶段五（2个月）：进行实际工程案例研究，验证本研究所提出的非饱和土本构模型和数值算法是否可行和实用。
阶段六（1个月）：完成论文、实验数据报告、实际工程案例研究报告、计算程序和使用说明书的整理和撰写，并进行论文答辩。
参考文献：
[1]段志洋.非饱和土力学的研究现状及发展趋势[J].岩土工程技术,2018,32(17):14-19.
[2]谭旭.非饱和土力学行为与本构模型[M].北京：科学出版社,2009.
[3]Lu,N.,&Likos,W.J.(2004).Aunifiedmodelforthewaterretentioncharacteristicsofunsaturatedsoils.AdvancesinWaterResources,27(4),265-274.
[4]Galavi,V.,&Nguyen,T.(2015).Anewthree-dimensionalcontinuumwaterretentionmodelforunsaturatedsoils.ComputersandGeotechnics,68,123-132.