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。     

基于双对数压缩模型的真空预压非线性固结解

考虑真空荷载实际边界条件,引入对土体压缩曲线线性化的双对数坐标,建立了真空预压砂井地基非线性固结近似解答;利用模型试验结果验证了解答的可靠性,并分析了真空度衰减和土性参数对固结性状的影响.研究结果表明,考虑了真空荷载衰减及双对数坐标的解答计算得到的土体沉降、超静孔压与实测值最为接近.对于超固结土而言,基于变形计算的固结度随着压缩指数与渗透指数比值的增大而减小,随着真空荷载衰减系数的减小而减小;当压缩指数与渗透指数比值大于1时,正常固结状态中基于孔压计算的固结度随真空荷载衰减系数的减小而增大.随着压缩指数与回弹指数比值的增大,地基超静孔压消散速率也随之增加,沉降速率在超固结状态时随之减缓,在正常固结状态时则随之加快,土体由超固结状态进入正常固结状态的时间随之变长.     

孔隙比变量一维固结方程解析理论

经典Terzaghi固结理论假定固结沉降与超孔压消散间满足线性耦合关系,通过计算土体应力固结度与土体最终沉降量预测沉降发展过程。由于土体固结沉降与超孔压消散间存在不同步耦合效应,沉降发展快于超孔压消散,应用应力固结度预测土体沉降发展误差较大。以孔隙比变量作为固结方程控制变量,根据孔隙比边界条件求解土体固结沉降过程可以有效避开超孔压消散与土体沉降间的滞后耦合效应。以土体连续方程、达西定律、有效应力原理为基础推导孔隙比变量固结方程及边界条件,研究边界条件、土体自重、初始孔隙比分布、非瞬时加载等对土体固结过程与最终效果的影响,比较应力与应变固结度间差异。研究表明初始条件、土体自重等对孔隙比变量解答有较大影响,引起5%左右误差。     

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.     

基于非牛顿指数描述的饱和黏土一维非线性固结分析

在考虑半对数应力应变关系的基础上,引入非牛顿指数描述的非达西渗流模型,建立一维固结方程,采用有限差分法求其数值解,并与Terzaghi解答和Davis解答对比验证数值方法的有效性.据此,分析土体应力应变非线性和渗流的非达西特性对饱和粘土一维固结的影响.结果表明,非牛顿指数i0越大,土层厚度与地基平均竖向总应力的等效水头的比值越大,固结速率越低;地面荷载越大,孔压消散速率和地基沉降速率都越快,按沉降定义的固结度要略大于按孔压定义的固结度;压缩指数与渗透指数的比值越大,固结速率越慢;初始有效应力越大,固结速率越快.     

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.     

考虑非Darcy渗流和自重应力的一维固结分析

基于饱和黏土中渗流的非Darcy特性和变形的非线性,考虑土体埋深和自重应力的影响,修正了Terzaghi 1维固结方程.为简化计算,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并采用有限差分法建立隐式差分格式对方程进行求解.探讨了综合考虑土体渗流非Darcy特性、埋深、自重应力和变形非线性时的固结特性.计算结果表明:考虑土体自重应力时的孔压消散速率和地基沉降速率都要大于不考虑土体自重时的情况;综合考虑土体自重、非Darcy渗流特性和变形非线性的孔压消散速率和地基沉降速率都可能出现前期快于Terzaghi固结理论解而后期相反的情况.     

考虑无井阻和土体非线性的真空-堆载联合预压复合地基固结分析

针对真空-堆载联合预压复合地基固结问题,考虑土体的非线性,通过引入对数模型,给出真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题的解析解。运用算例分析讨论了复合地基固结性状的变化规律。结果表明,真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题可看作是真空荷载和堆载两者叠加的效果,其按应力定义的固结度与按变形定义的固结度不同;按应力定义的固结度,当土体压缩指数与渗透指数之比小于1时,增大真空荷载值或堆载值,固结加快,当其大于1时,情况则相反;土体压缩指数与渗透指数之比、井径比、涂抹区大小越大,桩土模量比越小,固结越慢;在时间因子较小时,扰动区土体超静孔压增长速度明显大于未扰动区;距离桩体越远,超静孔压消散越慢。     

真空动力固结饱和软土地基非线性固结解析解

为了更深入研究饱和软土地基真空动力固结机理,基于有限应变理论建立了考虑多种因素影响的真空动力固结饱和软土地基非线性固结方程,并通过变量代换和分离变量求出方程解析解,研究结果表明:按照沉降和孔压定义的软土地基平均固结度结果差值受大变形时间因数影响明显,呈现出先增大后缩小特征,且在任意时刻饱和软土地基沉降发展速率明显快于超静孔压消散速率;计算解同室内试验结果变化趋势基本一致,表明了非线性固结方程的合理性,且动力固结和真空降水时间间隔不宜超过1 d。     

掺砂软黏土一维压缩和渗透性状研究

针对真空预压法加固软黏土地基存在深层土体加固效果差的问题,提出掺砂改良软黏土压缩和渗透特性的方法。通过室内掺砂软黏土的一维固结渗透试验,探讨了掺砂率对软黏土压缩性状和渗透性状的影响规律,建立了掺砂土体的归一化压缩公式,得出了如下结论：不同掺砂率土体的压缩曲线形态相近;与初始孔隙比相比,1 600 kPa荷载下的孔隙比减小幅度均在45%左右;可根据参数e/e_L对压缩曲线进行归一化处理;孔隙比相同时,渗透系数随着掺砂率的增大而增大;掺砂土体的压缩系数、压缩指数和渗透指数均随掺砂率的增加呈幂函数减小规律。     

离心力场下饱和软粘土自重固结理论的适用性条件研究

为提高土工离心模型试验结果的可靠性,在对离心模型试验装置改造的基础上,以不同离心加速度场中的饱和软粘土为研究对象,对其在不同排水条件、不同厚度下的试验结果进行分析,并与解析法和数值法的计算结果进行对比,以分析离心力场对试验结果的影响程度.研究表明,离心机模拟软粘土的固结沉降主要分为土层快速固结和土层缓慢固结,其中快速固结对总沉降量的影响主要受离心加速度大小的影响;离心加速度越大,试验结果偏离理论计算结果越大;加速度在48—71g范围内,软粘土模型厚度过大,试验结果偏离理论计算值亦有一定程度增加;离心模型试验可以对饱和软粘土的双面排水固结进行定性分析.     

基于改进西原模型的软土流变一维固结解析

为解决不同应力水平下饱和软土层的沉降计算问题,考虑土的流变特性,对西原模型低应力分量进行了分析和改进.通过Laplace变换与反变换,得到了瞬时加载条件下改进西原模型的一维固结解析解,在此基础上采用积分的方法推导了多级加载条件下的统一解析解,并将解析解应用于洞庭湖软土路堤试验段的沉降计算.结果表明:该解析解沉降计算值在不同应力水平下呈现不同的变化规律,均与对应应力水平下的沉降实测值吻合.在固结初期,该解析解的计算固结沉降速率大大低于相同条件下弹性模型的计算结果.因此,在计算软基沉降时,必须考虑不同应力水平对软基沉降的影响,并考虑软土流变所引起的滞后效应.     

饱和软土地基堆载预压排水固结沉降特性研究

为研究沿海饱和软土地基堆载预压排水固结沉降特性,针对变电站软土地基处理实际应用工程,利用非线性有限元软件,分析饱和软土地基下采用塑料排水板堆载预压排水固结沉降特性,同时考虑井阻效应和涂抹作用,解析计算并设计堆载预压排水固结相关参数和效果控制等,预测饱和软土固结度及其沉降特征,综合分析塑料排水板堆载预压地基加固效果与影响...     

软基场地排水固结沉降与渗流数值模拟分析

采用快速拉格朗日差分程序FLAC 3D编制计算程序,对软土排水固结沉降进行非线性流-固耦合数值分析,进一步明确了软土排水固结机理和沉降量的时空变化规律.结果表明,在沿土体高度方向,地表沉降量最大,沉降速率也较大,随着深度增大沉降逐渐减小,地表土体靠近排水井沉降最大,向远处逐渐减小,沉降分布呈曲线型;在深基坑附近渗流曲面...     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。     

真空联合堆载预压大变形固结有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS,分别采用小应变理论和大变形理论,对真空联合堆载预压法处理软基进行了仿真和固结分析．根据固结度等效原则,将砂井地基转换成平面应变砂墙地基,将模拟数据与某公路监测段监测数据进行对比,结果表明,用大变形理论处理深厚粘土软基更为合理．     

深厚欠固结软土悬浮桩复合地基固结沉降

沿海填土地区通常存在软土地基,其中软土层较厚,土壤欠固结现象普遍存在。这导致了诸如承载力不足、固结周期长、沉降量大等问题。为改善欠固结软土地基的低承载能力问题,依托珠海南湾大道悬浮桩地基工程,采用Flac3D有限差分计算软件建立复合地基模型,并将计算结果与短期监测数据进行比对,以验证模型的准确性。对深厚欠固结软土悬浮桩复合地基的沉降变形特征、孔隙水压力消散特征以及土体有效应力增长过程进行了研究。研究结果表明：模型的计算结果与监测数据基本吻合,数值模型能够准确反映饱和软土复合地基的固结和沉降特征,为深厚欠固结软土地基的道路施工提供了理论参考。     

塑料排水板地基处理固结沉降特性

为了研究塑料排水板在深厚填土地基中对固结度和沉降的影响,结合福建某堆载-塑料排水板联合地基处理工程,分析计算了仅堆载和加设塑料排水板两种情况下的固结度计算。指出了软土地基处理在填土加载的同时,必须结合竖向排水体才能符合工程需要,且计算固结度时必须考虑井阻和涂抹作用。选取了淤泥土的沉降计算经验系数及杂填土的计算参数,分别计算淤泥层和杂填土的沉降,沉降计算及固结度预测与实际观测数据相符。工程监测数据表明:分层沉降观测数据与地面沉降测点沉降曲线基本一致,孔压的消散曲线与该测点附近的地面沉降测点的沉降时间关系曲线基本一致,能正确反应地基土的孔压消散情况,且在地基处理施工过程中加载没有造成较大的侧向位移,表明项目设计合理,达到预期要求,可为类似地基处理工程提供理论借鉴。     

高速公路拓宽新路基差异沉降计算分析

高速公路拓宽过程中,由于新老路基固结程度不同,路面荷载作用下新填路基会产生较大沉降,导致路面破坏;甚至会引发交通事故。基于土的孔隙介质特性,考虑路基边坡对路基沉降的影响,采用修正的分层总和法和ABAQUS数值模拟来计算新填路基路面沉降规律。计算结果表明修正的计算方法得出的路面沉降曲线与实际现场观测结果有明显的相似性,能够比较准确地反映路面不同位置的变形规律,可用于软土路基沉降计算及预测预报,为路基工程设计施工提供参考。     

地铁荷载下隧道周围加固软黏土应变累积特性

通过对上海地铁四号线海伦路站附近隧道周围加同软黏土进行应力控制的循环三轴试验,研究了列车循环荷载作用下加固软黏土的累积变形特性.充分考虑土体围压、固结比、轴向循环压力的大小及频率的影响,得到了加固软黏土在各个因素综合影响下的残余应变的变化规律.通过研究发现,可以用对数关系曲线来描述加固软黏土残余应变随振动次数的变化情况...