1. 引言
膨胀变形(swelling deformation)是指岩土在吸收水分时发生的体积或形状变化，这是岩土工程中的一个关键考虑因素，因为它会影响在这些材料上或内部建造的结构的稳定性和性能。膨胀变形通常发生在膨胀土和某些类型的具有吸水能力的岩石等材料中，该过程受材料微观结构与水的相互作用的控制，导致体积增加。这种现象在粘土中尤为普遍，因为粘土中的矿物质(如蒙脱石)在润湿时会自然膨胀。岩石和土中的膨胀变形可以使用考虑材料对水分变化响应的本构模型来描述，总的来说，材料中的总应变由弹性应变、塑性应变和膨胀应变三部分组成。
2. 膨胀应变计算
膨胀应变特别关注含水量引起的变化。最终的膨胀应变![]()
与膨胀方向上的轴向应力有关，可以根据下面的Grob定律计算：
膨胀参数 k_qi 和应力σ_i 用于确定膨胀的程度，相对于材料的各向同性，平面内和平面外方向的值不同。此外，膨胀变形会随着时间的推移而演变，这种应变由下式来确定：因子η 表示与时间相关的特征，该特征可能是恒定的，也可能取决于其他体积应变，从而整合了膨胀行为随时间变化的动态方面。3. Swelling Rock model
上述膨胀应变计算过程(Swelling Rock model)在Plaixs, RS2和RS3中实现，该模型是在 Wittke-Gattermann & Wittke (2004)以及 Anagnostou(1993)所做工作的基础上建立的，该模型考虑的特征包括膨胀应变计算、横观各向同性弹性行为以及遵循莫尔-库仑破坏准则的剪切强度，输入参数如下所示。![]()
4. Barcelona模型
Plaxis有一个专门用于模拟膨胀土的用户定义的本构模型，称之为"Barcelona Basic Model (BBM)"(bbm64.dll)，BBM是一个用于非饱和土模拟的Cam-Clay有效应力模型，应力变量使用Bishop有效应力和吸力(suction)，其改进的屈服面可以更好地反映饱和和非饱和土的应力三轴性质。该模型最重要的特点是能够模拟湿润时的弹性膨胀和不可逆的塌陷变形以及吸力降低时的抗剪强度下降。因此，该模型最适用于模拟可塌陷和/或中等膨胀性土，如低塑性的淤泥、粘性沙等和颗粒状的非饱和土，模拟粘土由于湿陷而产生的不可逆的体积减少行为 (2016, Numerical simulation of a trial wall on expansive soil in Sudan)，参看《PLAXIS_2023.1 Barcelona Basic Model》。
膨胀变形是岩土工程中的一个关键因素，因为它有可能对结构稳定性产生不利影响。在工程应用中，膨胀变形会显著影响路面、建筑地基和路堤的结构完整性，因此正确预测和管理膨胀对于防止开裂、隆起或其他形式的结构损坏等问题至关重要，可以通过采用土稳定技术、适当的排水系统或选择合适的地基设计以减轻膨胀变形的不利影响。
