基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的理想砂井地基径向固结分析

引入Koeller定义的弹壶元件修正Merchant模型探究砂井地基的流变固结机理,以此描述土骨架的黏弹性变形行为.引入非牛顿指数渗流模型描述固结过程中的非Darcy渗流,在自由应变假定下修正了Barron的理想砂井地基固结方程,用隐式有限差分法进行数值求解.通过与Barron砂井固结理论的对比,验证了有限差分算法的有效性,分析了非牛顿指数渗流模型参数及分数阶Merchant流变模型参数对砂井地基径向固结过程的影响.结果表明,砂井地基中的孔压消散随着Kelvin体弹性模量的增大而加快;分数导数阶数和黏滞系数在不同的固结阶段对孔压消散的影响规律不同.相比Darcy渗流,非牛顿指数渗流会延缓砂井地基中的孔压消散.     

基于非达西渗流的砂井地基径向固结解

采用考虑起始水力梯度的非达西渗流模型,修正了砂并地基固结理论.建立了相应的控制方程,并对其求解,给出了便于应用的显式解答,在此基础上研究了考虑起始水力梯度时砂井地基的固结性状.结果表明,由于起始水力梯度的存在,应力固结度最终将稳定在一个小于100％的数值上,最终的固结度随着起始水力梯度增大而减小.初始孔压也会对固结性状产生影响,初始孔压越大,孔压消散越充分,最终达到的应力固结度越大.但是初始孔压增大到一定值之后,最终固结度对其灵敏度降低.     

基于非达西渗流的砂井地基固结解

采用考虑起始水力梯度的非达西渗流模型,修正了砂井地基固结理论.建立了相应的控制方程,并对其求解,给出了便于应用的显式解答,在此基础上研究了考虑起始水力梯度时砂井地基的固结性状.结果表明,由于起始水力梯度的存在,应力固结度最终将稳定在一个小于100%的数值上,最终的固结度随着起始水力梯度增大而减小.初始孔压也会对固结性状产生影响,初始孔压越大,孔压消散越充分,最终达到的应力固结度越大.但是初始孔压增大到一定值之后,最终固结度对其灵敏度降低.     

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。     

砂井地基固结概率设计的中心设计系数方法

将概率统计理论引入砂井地基固结问题的分析中，提出了砂井地基固结概率设计的中心设计系数方法，该方法用设计系数将砂井地基固结概率设计与常规设计联系起来。径向固结系数的设计值等于其均值与中心设计系数乘积。推导了径向固结系数为伽玛分布时中心设计系数的计算公式，并据此研究了中心设计系数的变化规律。提出了砂井地基固结概率设计的一般步骤，并用算例说明了该法在实际工程中的应用。     

考虑加载过程的真空联合堆载砂井地基三维固结分析

在瞬时加载条件下的砂井地基径向和竖向固结的偏微分方程基础上,通过自行编制的程序,将加载过程转化为一系列瞬时加载的组合问题,实现了考虑实际加载过程的真空联合堆载预压下砂井地基的三维固结分析.通过工程算例分析表明,同瞬时加载情况相比,由于受到加载历时的影响,地基的平均固结速度在总体上要小于瞬时加载情况下的地基固结速度.单级或分级加载情况下的地基固结度受加载时间Ti的影响,加载时间Ti越长,地基固结速度越慢.单级加载情况下,在Ti处固结度曲线出现拐点,该点的固结速率最大.     

砂井地基固结过程的监测与分析

采用沉降板、分层沉降仪、孔隙水压力计等仪器,对路基分层填筑过程中砂井地基的固结规律进行监测,保证了路基的安全填筑.将非线性弹性本构关系引入Biot固结理论有限元程序,把砂井地基等效为砂墙,采用中点增量法研究施工过程中地基沉降与孔隙水压力消散的规律,其计算参数由室内三轴试验确定.研究结果表明:采用非线性弹性模型计算的孔隙水压力峰值和沉降量均大于弹性模型计算值,能模拟在分级加载过程中砂井地基的沉降和孔隙水压力消散的规律;泊松比对非线性模型的孔压变化趋势影响不大,但沉降量随泊松比的增大而减小;只有当渗透系数发生数量级改变时,才引起孔压的明显变化.     

非达西渗流时一维固结方程的两种数值解法

Terzaghi一维固结理论对低渗饱和地基沉降的预测值与实际值之间存在较大误差,原因之一在于其假定地基的渗流符合Darcy定律.在采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程和承认Terzaghi一维固结理论其他假定的基础上,重新推导了饱和粘土一维固结方程,并分别给出了有限差分法和有限体积法的离散格式.对单面排水情况下渗流前锋和固结度的计算结果证明了两种数值方法的适用性,而有限体积法具有更好的收敛性.     

半透水边界砂井真空联合堆载预压Hansbo固结解

把砂井地基上下边界视为半透水边界,以研究顶部垫层和底部下卧层透水特性对砂井地基固结过程的影响.根据轴对称固结方程和等应变假定,利用Hansbo法获得了真空联合堆载预压下半透水边界砂井地基的固结解答,分析了上下边界透水系数对真空和堆载预压固结度和沉降的影响,比较了真空单独预压下本文解与Indraratna等解答和周琦等解答的联系和差别.研究表明,(1)不管真空预压还是堆载预压,固结时间因子相同时地基固结度随边界透水系数增大而增大.(2)对于真空预压,下边界透水系数越大,地基的最终沉降越小,固结期间时间因子相同时的沉降也越小;上边界透水系数越大,固结期间时间因子相同时的沉降越大.(3)对于堆载预压,不管上边界还是下边界,边界透水系数越大,最终沉降不变,而固结期间时间因子相同时的沉降越大.(4)当真空预压上边界透水时,周琦等解答的固结度大于本文解答的固结度大于Indraratna等解答的固结度.为了提高真空预压的最终沉降,需减少地基下边界的透水性.     

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.     

附加应力沿深度变化的砂井地基固结分析

基于等应变固结的假设,考虑附加应力沿地基深度的变化以及涂抹效应和井阻的影响,导出砂井地基固结偏微分方程,求得孔隙水压力和平均固结度的解析解.在随时间变化的预压荷载作用下,对把初始孔隙水压力和附加应力简化为沿深度梯形分布的固结性状进行比较.结果表明,对于深厚砂井地基,附加应力和初始孔隙水压力分布对固结过程具有明显影响,若按均匀分布计算,所得的平均固结度偏小.     

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.     

随时间任意变化荷载下砂井地基固结分析

对随时间任意变化的荷载作用下砂井地基固结问题进行研究。首先推导考虑涂抹效应、井阻作用、土体内径竖向组合渗流、变荷载以及涂抹区水平渗透系数线性连续变化等因素的解析解;然后,将上部荷载进行傅里叶变换转化为三角级数的形式,即将复杂荷载分解为很多简单的正余弦函数之和,通过简单荷载作用下响应的叠加得到原复杂荷载作用下的响应,由此得到一种便于工程应用的简单方法;编制计算程序,与传统解析解进行对比;最后,分析几种荷载模式下砂井地基的固结性状,包括多级线性加载、三角形循环荷载、矩形循环荷载等一般模式,并通过用多段直线段逼近曲线的方法,分析抛物线形循环荷载作用下地基的固结特性。研究结果表明:本文方法合理,具有广泛的适用性。     

附加应力沿深度变化的砂井地基固结分析

基于等应变固结的假设,考虑附加应力沿地基深度的变化以及涂抹效应和井阻的影响,导出砂井地基固结偏微分方程,求得孔隙水压力和平均固结度的解析解.在随时间变化的预压荷载作用下,对把初始孔隙水压力和附加应力简化为沿深度梯形分布的固结性状进行比较.结果表明,对于深厚砂井地基,附加应力和初始孔隙水压力分布对固结过程具有明显影响,若按均匀分布计算,所得的平均固结度偏小.     

夹薄透水层软土地基砂井固结机理

夹薄透水层软土地基砂井固结机理汤连生１）周萃英１）刘增贤２）杨建林１）（１）中山大学地球科学系，广州５１０２７５；２）山东省地质矿产局）关键词薄透水层，软土，砂井，固结机理分类号Ｐ６４２珠江三角洲地区软土土质松软、含水量高、孔隙比大、压缩性大，但含粉...     

软土地基袋装砂井施工技术研究

新建邯黄铁路沧州段穿过近海冲积平原,地质地层属含水超饱和的典型的粉砂土层、粘土夹砂层土、粉质粘土和淤泥质黏土.袋装砂井软基处理技术,是砂井排水法的延续,即是将散体砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子内插入软土中作为竖向排水体的一种方法.由于它可以做成很细的形状(通常7～12 em),根据“细而密”的原则,能将井间距大大减小,加快排水固结时间,是一种有效、简便而又普遍的软基处理方法.对冲积地质地层,即由粉细砂层或由粉细砂层和粘土层相间构成的软土地基,尤其透水层与不透水层间隔形成的、存在地下超饱和承压水的地层中,采用此工法效果明显显其处理方式是:采用砂井排水与堆载加压(路基填筑等)相匹配的排水固结原理,排出地下超饱和及饱和地层术,使基底逐步固结的一种工法.该工法的关键之一是尽可能使地下承压水排出地表;之二是使排出地表的水能顺利流向路基两侧边沟.在采用沉降监测手段和确保路基填筑稳定性满足设计要求的前提下,动态地变更调整原设计的一些参数,使经此工法处理的软弱地基土能快速、有效地达到设计地基处理的承载力要求.     

软粘土地基非线性一维大变形固结的有限差分法分析

在几何非线性分析的基础上考虑软粘土的非线性本构关系，采用张量指标记号推导出物质描述的一维非线性大变形固结的控制方程，采用有限差分方法对非线性控制方程进行数值求解，编制了计算程序。数值计算结果表明：在相同的非线性本构关系前提下，软粘土地基的非线性大变形固结沉降始终小于非线性小变形固结沉降；且随着荷载水平的增大，大变形固结和小变形固结的沉降量的差别越来越大，几何非线性对软粘土地基沉降影响是不可忽略的。     

浅谈地基处理中的排水固结法

本文介绍了排水固结法在地处理中的作用机理,应用及设计。     

考虑起始比降和井阻作用的竖井地基固结近似解

在传统竖井地基固结理论的基础上,考虑起始比降对土体内渗流的影响,建立新的固结计算模型,并推导既可考虑起始比降也能考虑井阻作用的竖井地基中渗流移动边界与时间的关系表达式及孔压和固结度的近似解析表达式。通过对比计算,分析起始比降对竖井地基固结性状的影响及竖井地基的孔压分布情况。研究结果表明:在存在起始比降的竖井地基中,渗流是沿径向和竖向发展,深度越大,孔压消散越慢,而在一定深度以下的土体将不会发生渗流和固结。因为起始比降的影响,土体中孔压不会完全消散,存在残余孔压;按孔压定义的固结度一直小于100%。最终固结度除与荷载有关,还与起始比降有关。     

砂井地基固结三维非线性有限元及材料参数反演分析

引入一种新型排水板单元,将其结合到三维Biot固结有限元程序中,简化了砂井地基三维有限元模拟和计算工作量.同时,将三维非线性Biot固结有限元法与基于改进遗传算法的材料参数反演分析方法相结合,编制了能够进行砂井地基正演和反演计算的数值模拟程序,用于堆载预压下砂井路基固结变形的工程模拟.反演结果与实测吻合良好.