基于分段线性化模型的一维流变固结分析

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.     

桩筏基础固结沉降实用计算方法

针对饱和深厚黏土中的摩擦型桩筏基础,提出求解基础体系固结沉降的简化分析方法.采用桩-土-筏非线性共同作用模型和交替方向隐式差分算法求解二维平面应变区域内任意时刻不同位置的超孔隙水压力,计算桩端以下土层的平均固结度和基础体系的固结沉降.与有限元精确解的对比分析表明,提出的计算模型与简化假定基本合理.将该方法用于分析2个饱和黏土地基中的桩筏基础固结沉降,得到了与实测值比较接近的预测结果.     

考虑起始水力梯度时双层地基的一维固结

文章针对双层饱和粘土地基,建立了考虑起始水力梯度的一维固结方程,并用有限差分法求解。计算结果表明,只要起始水力梯度大于零,地基的固结速率就慢于Terzaghi固结理论,而且当主固结完成时,土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散,因而土层的最终平均固结度小于1;另外,固结系数并不是决定双层地基固结特性的惟一土性指标,除渗透系数及压缩模量外,渗流起始水力梯度和地面荷载也都对双层地基的固结有重要影响。     

循环荷载下半透水双层地基一维固结解析研究

考虑荷载的循环特性,研究了循环荷载作用下双层饱和地基在半透水边界条件下的一维固结问题.根据瞬时加载条件下的解,通过积分的方法,得到了循环荷载下的一维固结解析解.根据解析解编制了相应的计算程序,计算分析表明:上下半透水边界的透水性减弱,超静孔压的消散显著减慢;超静孔压随循环荷载也呈周期性变化.     

基于EVP模型的饱和黏性土一维流变固结模型

为深入探讨饱和黏土的固结机理,引入弹黏塑性(EVP)本构模型描述土体的流变固结特性,用Hansbo渗流方程描述土体的渗流过程,修正饱和黏土一维固结理论,采用有限差分法进行求解.通过与文献中固结试验结果的对比,证明了EVP本构模型和本计算方法的有效性,并讨论了Hansbo渗流参数和EVP模型参数对流变固结过程的影响.结果表明,饱和黏土的黏滞效应导致靠近不排水面处在流变固结前期出现了孔压升高现象, Hansbo渗流会使该现象更加明显.饱和黏土的黏滞效应和渗流的非达西特性延缓了固结中后期的整体孔压消散和地基沉降.     

基于热-水-力数值模拟的饱和正常固结黏土热压缩现象

既有饱和正常固结土体加热试验研究表明，温度升高时，土体的体积变化表现为体积收缩，这与热胀冷缩基本通识相违背。针对这一问题，通过热-水-力（THM）完全耦合有限元程序对饱和正常固结黏土的加热试验进行了数值模拟。结果表明，由于黏土的热传导系数及渗透系数都比较低，在升温过程中，试样内部会形成温度差，进而产生超孔隙水压，随着超孔隙水压的消散，最终使土体表现为热压缩现象。当增大土体的渗透系数时，土体内部不产生超孔隙水压，这时土体表现为热膨胀。因此，饱和正常固结土体升温引起的热压缩现象并非土体基本力学特性，而是一个边界值问题。     

连续排水边界下成层地基一维固结问题的有限元分析

基于ABAQUS有限元软件开发连续排水边界条件的子程序,将计算结果分别与单层地基经典的Terzaghi一维固结理论解和连续排水边界Terzaghi一维固结解析解以及双层地基一维固结解析解进行对比分析,验证计算结果的正确性.针对实际工程中常见的成层地基,采用变化弹性模量、渗透系数和泊松比的方法对连续排水边界下成层地基一维固结问题进行数值分析.研究结果表明:连续排水边界能良好地模拟接近实际的工程工况.     

变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结分析

考虑变荷载下结构性软土双层地基在固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化,基于e-lgσ′两折线压缩模型及e-lgkv渗透关系,利用半解析方法和成层地基一维固结解析解对结构性软土双层地基一维非线性固结问题进行求解。编制相应的计算程序,通过实例计算,分析变荷载下考虑结构性的双层地基一维非线性固结性状,分别讨论土体结构性、加载速率、结构屈服应力和渗透指数对地基固结性状的影响。研究结果表明:考虑土体结构性影响比未考虑土体结构性的固结速率增大,最终沉降量减小;当最终荷载不变时,随着加载历时的增大,地基固结过程变慢;结构性软土结构屈服应力增大,超静孔压消散加快,土体固结速率增大;双层地基各层渗透指数对超静孔压影响较为复杂,对上下层地基沉降速率影响不同。     

真空动力固结加固吹填土地基的试验

结合河北省某大面积吹填土地基处理工程,对真空动力固结在加固含饱和粉质黏土夹层的吹填土中的工艺参数进行了现场试验研究.通过对加固过程中超静孔隙水压力、深层沉降、强夯工艺参数等的分析研究,探讨了真空动力固结应用于含淤泥质粉质黏土夹层吹填砂土的加固机理.试验研究表明,真空动力固结处理吹填土地基取得了良好的加固效果,可为类似工程提供借鉴和指导.     

变荷载下任意层地基一维非线性固结的数值分析

采用双曲线型的土体应力应变关系和渗透系数k随孔隙比变化的关系式,不对固结系数作任何假设,建立了考虑荷载变化的任意层地基的一维非线性固结控制方程,并用简化加权隐式差分格式对上述非线性固结控制方程进行数值计算。以某四层地基为例,通过与太沙基线性固结理论的比较,揭示了非线性因素对饱和成层软土地基一维固结的影响及通常情况下考虑非线性因素影响的必要性。     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

非Darcy渗流时饱和粘土的一维固结特性

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,修正了Terzaghi饱和粘土一维固结理论,并对初始孔压沿深度线性分布的情况用有限体积法进行了求解.计算结果表明,考虑渗流起始水力梯度时,地基的固结速度要慢于Terzaghi固结理论值,而且除固结系数外,渗流起始水力梯度、土层厚度以及初始孔压的大小和分布也都对地基的固结有显著影响.另外还证实,当主固结完成时,地基中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散,因此地基的最终固结度总小于1.     

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响.同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响.为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析.比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响.采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响.研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大.     

饱和粉质黏土动弹性模量影响因素分析及骨干曲线模型研究

为了研究交通动荷载作用下地基土动弹模量的变化规律,利用室内动三轴试验系统对东南沿海地区饱和粉质黏土进行动三轴试验,研究围压、超固结比、孔隙比和应变幅值对动弹性模量变化规律的影响;采用经典Hardin-Drmevich等效线性模型,提出考虑超固结比、孔隙比影响的饱和粉质黏土动弹性模量修正公式。研究结果表明:在相同应变水平下,动弹性模量随着围压和超固结比增大而增大,随着孔隙比增大而减小;与经典Hardin-Drmevich公式相比,本文提出的动弹性模量修正公式对试验结果的拟合效果更好。     

饱和土体固结3D比例边界有限元法分析

基于饱和土体Biot固结理论,考虑土体体力与表面作用力,结合饱和土体中土骨架动力平衡方程与孔隙流体的连续方程,在计算域内采用Galerkin加权余量法,推导了3D无限、有限域全耦合饱和土体固结的比例边界有限元方程.理论推导表明:与单相弹性土体不同的是,由于孔隙水的存在,饱和土体固结比例边界有限元法方程中不仅有位移、应力矩阵,而且还存在孔隙水压力的影响耦合矩阵;该方程不仅能够满足无限域无穷远边界辐射条件,而且在径向(与饱和土体-结构接触面垂直方向,指向无限远)上具有严格的精确性,环向上(与饱和土体-结构接触面平行方向)具有有限元单元无限收敛的准确性.     

线性加荷情况下非饱和土层一维固结特性分析

基于Fredlund非饱和土一维固结理论, 得到了线弹性和黏弹性两种地基在线性加荷情况下, 顶面透水透气、底面不透水不透气的单层非饱和土一维固结超孔隙水压力、超孔隙气压力和沉降的半解析解. 通过典型算例, 分析了不同水、气渗透系数比以及不同土层深度下超孔隙水压力、超孔隙气压力和固结度随时间的变化规律,并对线弹性和黏弹性两种地基的计算结果进行了比较分析. 得到的结论对于非饱和土固结特性的研究及线性加荷下的固结工程具有一定的参考价值.     

指数形式渗流定律下软土一维大变形固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律下,假定土体压缩系数和渗透系数在固结过程中均保持不变,在拉格朗日坐标系下,以超静孔隙水压力为变量,建立软土一维大变形固结问题的控制方程及求解条件.利用有限差分法,对计算模型进行求解,得到超静孔隙水压力的数值解答.在此基础上,对某时刻不同深度处土体孔隙比以及地基沉降变形进行求解,并据此给出按变形定义的地基平均固结度和按应力定义的地基平均固结度的解答.最后,结合实例分析了渗流指数对大变形固结性状的影响,分析了基于指数形式渗流定律的软土一维大、小变形固结理论的区别,给出了基于指数形式渗流定律的软土一维固结问题中必须要考虑大变形特性的条件.     

考虑流变特性的正常固结土一维固结分析

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体积法数值计算格式．据此探讨了流变参数对正常固结土固结过程的影响．计算结果表明,流变效应延缓了黏土层的整体孔压消散进度,降低了固结速度,并且出现了类似曼德尔效应的现象,即在加载的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高．同时,计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程．     

柔性基础下不排水桩复合地基固结分析

考虑柔性基础下不排水桩复合地基中桩–土非等应变特性，推导出变荷载下不排水桩复合地基桩间土平均超静孔隙水压力的控制微分方程和求解条件。通过函数变换，基于变荷载下天然地基一维固结理论建立了相应的固结解析解，包括复合地基和桩间土中的平均超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。利用有限元模拟方法验证了固结解析解的合理性，并与现有的固结度解析解进行了比较。结果表明，固结度解析解与数值模拟的结果较为吻合，计算精度高于现有的固结计算模型。采用基于等应变假设的固结计算模型分析路堤下不排水桩复合地基的固结速率，计算结果偏大。     

分级加荷时饱和土地基的固结分析

论述了外荷载分级施加时，饱和土地基一维固结的微分方程及其在给定的边界条件和初始条件下的解析解，分析了土中一点的孔隙水压力的变化规律，提出了分级加荷时地基中一点的固结度的定义方法，并对工程中常用的方法作了分析和评价