Abstract Hydro-mechanical coupling is a crucial element in constitutive modelling of partially saturated soils, given the dependence of the macro behaviour on the interaction between frictional sliding, grain rearrangement and ruptures of liquid bridges and their redistributions at the grain contacts. The inseparable nature of this interaction requires the interdependence of all internal variables describing the inelastic behaviour of a continuum model. We propose a new generic thermodynamics-based approach to coupling the effects of deformation and saturation in modelling partially saturated soils taking into account the interdependence of all internal variables. This approach allows the derivation of models from only two explicitly defined energy and dissipation potentials, leading to coupled hydro-mechanical behaviour governed by a single yield surface in stress-suction space and two evolution rules for plastic strains and irrecoverable saturation. This coupling provides a path-dependent hydraulic response, reflecting the nature of the hydro-mechanical interactions at the grain scale, while removing the use of a separate Soil Water Characteristic Curve (SWCC). The benefits are the reduction in number of parameters in conjunction with the identification and calibration of all model parameters from standard tests. An extensive experimental validation shows the capabilities of the model and the advantages of the proposed thermodynamics-based approach.

中文翻译：

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部分饱和土壤的本构建模：基于热力学的通用公式中的水力耦合

摘要 考虑到宏观行为依赖于摩擦滑动、颗粒重排和液桥破裂及其在颗粒接触处的重新分布之间的相互作用，流体-机械耦合是部分饱和土壤本构建模的关键要素。这种相互作用不可分割的性质要求描述连续模型非弹性行为的所有内部变量相互依赖。我们提出了一种新的基于热力学的通用方法，在考虑到所有内部变量的相互依赖性的情况下，将变形和饱和度的影响耦合到部分饱和土壤的建模中。这种方法允许仅从两个明确定义的能量和耗散势推导模型，导致耦合的流体力学行为由应力吸力空间中的单个屈服面和塑性应变和不可恢复饱和度的两个演化规则控制。这种耦合提供了依赖于路径的水力响应，反映了颗粒尺度上水力机械相互作用的性质，同时取消了单独的土壤水分特征曲线 (SWCC) 的使用。好处是减少了参数数量，同时识别和校准了标准测试中的所有模型参数。广泛的实验验证显示了该模型的功能以及所提出的基于热力学的方法的优势。反映了颗粒尺度上水力-机械相互作用的性质，同时取消了单独的土壤水分特征曲线 (SWCC) 的使用。好处是减少了参数数量，同时识别和校准了标准测试中的所有模型参数。广泛的实验验证显示了该模型的功能以及所提出的基于热力学的方法的优势。反映了颗粒尺度上水力-机械相互作用的性质，同时取消了单独的土壤水分特征曲线 (SWCC) 的使用。好处是减少了参数数量，同时识别和校准了标准测试中的所有模型参数。广泛的实验验证显示了该模型的功能以及所提出的基于热力学的方法的优势。