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.     

非饱和土粘弹性地基一维固结特性分析

基于Fredlund的非饱和土一维固结理论,采用李氏比拟法,研究有限厚度粘弹性非饱和土层在大面积均布瞬时加荷时的一维固结问题.针对Merchant粘弹性模型,采用Laplace 变换及Cayley-Hamilton等数学方法,引入边界及初始条件,得到Laplace变换域内顶面排气不排水、底面不渗透情况下粘弹性非饱和土地基一维固结时的超孔隙水压力、超孔隙气压力以及土层沉降的解,采用Crump及Durbin方法实现Laplace逆变换, 获得半解析解;分析在不同气、水渗透系数比k_a/k_w下,Merchant粘弹性模型的Kelvin体中弹性模量E₁和粘滞系数η等对粘弹性非饱和土地基一维固结特性的影响,揭示粘弹性非饱和土地基的固结特性;最后通过与弹性解析解的对比,验证了半解析解方法的正确性.     

饱和土与非饱和土固结理论及其联系与差别

阐述了国内外饱和土与非饱和土的固结理论的研究概况,总结饱和土与非饱和土固结理论的联系与差别,进而探讨非饱和土固结理论所存在的一些特点和困难。     

两种边界条件下非饱和土一维固结特性分析

针对工程中存在的表面排气不排水、底面不渗透及表面排水不排气、底面不渗透两种边界条件下的非饱和土层进行一维固结特性研究.基于Fredlund非饱和土一维固结理论,对其固结方程作适当假定,由得到的液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换和Cayley-Hamilton定理构造顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系.通过引入边界条件,得到Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解.采用Crump方法编制程序实现Laplace逆转换,得到时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力、土层沉降的半解析解.采用典型算例,分析在不同气相与液相渗透系数比情况下,土体超孔隙水压力、超孔隙气压力随时间的变化规律,结果对非饱和土体一维固结特性研究具有参考价值.     

非饱和膨胀土膨胀变形规律初探

利用轻便固结仪与压缩仪试验研究了不同状态(即不同的含水量、干密度、竖向压力)下膨胀土的膨胀量、膨胀力特性。在试验的基础上，对膨胀土的膨胀变形规律进行了初步探讨，并由此建立膨胀量与含水量、膨胀力与含水量及干密度之间的相关关系式。     

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     

含残膜土固结变形特性试验研究

农膜残留不仅污染环境同时也改变了土的固结变形性能,为了定量研究残膜残留量及细粒土含量对砂土固结变形特性的影响,选取南疆三组不同细粒土含量砂土分别掺入不同质量比残膜形成人工配置含残膜土,通过击实和固结试验得到了如下结论：①砂土干密度随着残膜含量的增加先增加后降低,转折残膜含量在0.05%-0.1%之间,其最大干密度相较于素土提高了0.03%～0.04%左右;②含残膜土受荷后具有较高的压缩性,其压缩应变量可达素土的4～5倍。③相同荷载下,含残膜土的压缩系数大于素土,但随着荷载的增加,两者差异逐渐减小,当荷载达到400Kpa时,差值仅在0.00005～0.0001Kpa-1之间;④细粒含量对含残膜土的固结变形特性影响不大,粉土质砂压缩系数略大于含细粒土砂,两者相差在0.00008～0.0002 Kpa-1左右。     

非饱和上海软土的土-水和变形特性

使用压力板法和滤纸法测量非饱和上海软土的吸力,得到第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的土-水特征曲线,以及土体脱水干燥过程中吸力和孔隙比之间的关系.土-水特性试验结果表明:第②,③,④层上海原状土和第②,③层上海重塑土的进气值分别为150～180,220～250,650～800,260～310,550～600 kPa.干燥收缩试验结果表明:上海黏土的收缩过程可分为3个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和缩限阶段.当基质吸力较小时,收缩变形较小,土体处于弹性阶段;当基质吸力增大到一定值时,收缩变形明显,土体处于弹塑性阶段;当土体变形基本不随基质吸力变化时,土体处于缩限阶段。     

基于流固耦合特性的非饱和膨胀土变形仿真计算

在考虑膨胀土的非饱和土特性基础上,基于有效应力原理的单变量理论推导非饱和膨胀士弹塑性本构模型,选用适用的土-水特征曲线方程和非饱和土渗透系数方程,根据流崮耦合力学的理论与方法,将膨胀土吸水膨胀或失水收缩过程视为一个动态耦合作用过程,建立渗流-变形耦合分析模型.该模型考虑流固耦合作用引起的孔隙比和渗透系数变化(包括有效应力的影响),并根据边界孔隙水压(或基质吸力)的变化模拟膨胀土体的吸水和失水过程.通过对膨胀土样室内有荷膨胀试验的渗流、变形过程的仿真模拟验证仿真计算模型的有效性和正确性.研究结果表明:采用该仿真计算模型对膨胀土的变形(膨胀或收缩)进行计算和预测可取得较好结果.     

非饱和土的力学理论

介绍了笔者多年来在非饱和土力学领域研究的主要理论成果.内容包括非饱和土的建模理论、应力理论、渗流理论、本构理论和固结理论,其中本构理论和固结理论都涉及线性、非线性、弹塑性、结构性、动力特性和热力特性等6个方面.     

多级线性加载下软土一维非线性固结分析

多级加载是一种常见的加载形式,目前软土一维非线性固结方面的研究鲜有考虑多级加载。为研究多级加载下软土一维非线性固结规律,构建考虑多级线性加载和土体非线性的固结模型。利用有限差分法获得固结方程的解答,并通过与现有解答对比验证了所得解答的正确性。进而分析荷载形式和土体非线性对固结特性的影响,结果表明:与瞬时加载或单级加载相比,采用多级线性加载可以充分让土体超静孔隙水压力消散并且可以降低超静孔隙水压力峰值。第一级荷载对土体固结影响最大,工程中采用多级荷载时,应控制第一级荷载的加载量及加载速率,以避免土体发生破坏。     

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。     

室内固结试验每级荷载合理受压时间分析

采用固结试验得到的压缩性指标计算土体固结沉降量.研究表明,室内24h加压的大部分时间产生的沉降为次固结沉降,固结沉降在1～4h之内已经完成.为了较准确地计算固结沉降量,建议将固结试验每级荷载加压时间由土工试验规范中规定的24h缩短成:固结系数大于4×10-4cm2/s的粘土和粉质粘土为1h,固结系数在1×10-4～4×10-4cm2/s范围内的粘土为4h.     

吸力控制下非饱和粉土的动力变形特性

利用美国GCTS公司生产的吸力可控USTX-2000全自动非饱和土/饱和土动三轴仪, 在控制吸力条件下对非饱和粉土的动力变形特性进行试验研究. 开展循环荷载下的动力变形试验, 得到了非饱和粉土试样的动应力应变骨架曲线、动弹性模量和阻尼比. 试验结果表明: 在动荷载作用下, 吸力控制下的非饱和粉土动应力应变关系骨架曲线呈双曲线形, 且吸力越大, 骨架曲线越高; 非饱和粉土的动弹性模量随吸力的增大而增大, 但没有净围压增大效果显著; 非饱和粉土的阻尼比随吸力的增大而减小, 但减小幅度没有净围压增大那样显著; 非饱和粉土的动应力应变关系骨架曲线、动弹性模量以及阻尼比随吸力的变化规律可用非饱和土的平均骨架应力值的变化解释.     

非饱和绢云母片岩残积土一维压缩变形规律

绢云母片岩残积土遇水软化疏松,易发生湿化破坏,变形受水影响明显.为研究其土水特性及压缩变形规律,开展了基质吸力测定试验及在不同条件下的一维侧限压缩试验.结果 表明:非饱和绢云母片岩残积土的土水特征曲线呈非典型"S"形,非饱和残余段段特征不明显;净竖向压力相同时,孔隙比随着基质吸力的增大而逐渐增大,得到其屈服吸力为200...     

宁明非饱和膨胀土静止侧压力系数

针对现行工程中土的静止侧压力系数K0大多依经验确定并取定值的缺陷,利用GDS三轴系统对两种宁明非饱和膨胀土开展了系统的室内K0固结试验研究,获得同种性质土的K0是含水率及围压的函数、其值随含水率和围压的增大而增大的变化规律．在此基础上进一步导出K0与含水率及围压之间的量化关系式．     

桥台后路堤多级加载下黏弹性饱和成层软土地基一维固结分析

将桥台后路堤荷载简化为横截面梯形分布的半无限条形荷载,基于Boussinesq弹性力学解答推导得到桥台后软土地基内竖向附加应力计算公式,由此考虑初始孔隙水压力非均匀分布特性.结合桥台后路堤多级加载的Laplace变换递推公式,运用Laplace变换及其逆变换方法求解Terzaghi固结与Kelvin黏弹性应力应变联合微分方程,获得桥台后路堤多级加载条件下黏弹性饱和成层软土地基固结变形解答.算例分析结果表明:该解答具有合理性和可靠性,计算结果可为桥台后软土地基沉降分析提供参考.     

考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结分析

基于等应变假设与Fredlund非饱和土固结理论,得到了考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结半解析解.首先,引入两个新的变量,通过Laplace变换将控制方程组转化为易于求解的常微分方程组;然后,考虑井阻与涂抹条件,并将Laplace变换下的解用Crump方法编程实现Laplace逆变换,得到地基内任一深度的平均超孔隙...