连续排水边界下双层地基一维非线性固结解析解

基于Davis和Raymond土体一维非线性固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究了瞬时荷载下的双层地基一维非线性固结问题.利用变量代换及分离变量法得到连续排水边界条件下双层地基一维非线性固结问题的解析解,通过退化为Xie双面排水解答验证了本文解析解的正确性.基于所得解析解,对不同界面参数以及非线性参数对土体固结特性的影响进行了分析.结果表明:连续排水边界条件下,按沉降定义的平均固结度解答(Us)始终大于按孔压定义的平均固结度解答(Up),且两者的差别随着非线性参数Nσ值的增大而增大.连续排水边界条件下Us随Nσ值的增大而增大,而Up随Nσ值的增大而减小.与Xie双面排水解答相比,连续排水边界下Nσ值对Up的影响较小.此外,土层界面参数对土体固结有较大影响.     

变孔压边界地基土一维非线性固结解答

针对土体的非线性固结特性和实际工程中存在的变孔压排水边界,在土体一维非线性固结理论的基础上,提出严格满足初始条件的变孔压排水边界条件,建立了考虑变孔压排水边界条件的一维非线性固结模型,并给出了相应的解析解。在验证解析解正确性的基础上,探讨了按变形定义固结度Us和按孔隙水压力定义固结度Up之间的差异,总结了土的非线性特性和边界条件等因素对土体固结过程的影响规律。     

半透水边界下土体大变形非线性固结模型

基于一维大变形固结(CS2)模型,引入半透水边界条件,建立了半透水边界下土体大变形非线性固结(IBC)模型.将其计算结果与现有的可以考虑半透水边界条件的小应变线性解析解和小应变非线性数值解进行了对比,验证了本模型的正确性.在此基础上对影响半透水边界土体固结的主要影响因素(应变大小、半透水参数和土体自重)进行了参数分析.结果表明:应力越大,半透水条件下土体固结越快;半透水参数为0.01是完全不透水边界与半透水边界的临界值,而半透水参数为100是半透水边界与完全透水边界的临界值;土体自重对于半透水边界条件下土体固结速率具有重要影响.     

循环荷载作用下连续排水边界双层土一维固结

将连续排水边界引入双层饱和软土地基的一维固结理论.基于该边界,利用积分变换法推导出任意荷载作用下土体有效应力增量的解答,并分别给出了瞬时恒载和正弦波荷载作用下有效应力增量和总沉降的解答.将所得解答退化单层土的情况,并与已有解答进行了对比,验证了所得解答的可靠性.最后,对正弦波荷载作用下双层土的一维固结性状进行了参数分析...     

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.     

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。     

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.     

广义连续排水边界在一维固结问题中的应用

在一维固结理论的基础上,提出一个从透水到不透水的双面不对称连续排水边界条件,建立广义固结边界条件,并给出边界下2类主要一维固结理论的解答.对解答进行分析发现:修正后固结方程的边界条件不但能严格满足其初始条件,并且其退化结果表明方程是适定的,所得的解是连续的,具有物理意义.文中边界条件可以更加精确地预测饱和黏性土体的固结速率.     

水平砂垫层加速城市固体废弃物降解固结理论研究

针对水平砂垫层加速城市固体废弃物(MSW)降解固结问题,首先,引入连续排水边界条件,建立双层MSW一维降解固结理论模型,得到相应的控制方程;其次,借助有限元软件COMSOL Multiphysics求得方程数值解,同时对固结过程中压缩性和渗透性的非线性变化条件进行简化,推导得到相应的解析解;最后,改变界面参数α取值,讨论排水边界条件对MSW固结性状的影响,探究水平砂垫层的最优铺设位置规律。研究结果表明：随着界面参数α增大,边界排水能力增强,加快了孔压消散速率,加速了主应变发展进程,但并不改变主应变和次应变发展的最终结果;固结度发展速率随着界面参数α增大而增大,在固结前期和中期这种情况更加明显;当时间一定时,边界排水能力逐渐变强,水平砂垫层最优铺设位置上移,即水平砂垫层最优铺设位置会向排水能力弱的边界偏移;与铺设在其他位置相比,水平砂垫层设置在最优铺设位置可以大幅度提高MSW降解固结效率。     

变边界下考虑起始水力坡降的软土固结数值解

文章引入边界处孔隙水压力随时间指数变化的变排水边界及软黏土中存在的起始水力坡降,建立单层均质土体的一维固结模型;利用有限差分方法对所建立的固结模型进行数值求解,分别获得土层超静孔压、土层固结度的数值解;利用数值解深入分析随时间指数变化的变边界及起始水力坡降对固结性状的影响。分析结果表明：当起始水力坡降的无量纲参数R相同时,变边界无量纲参数B越大(排水边界越接近于完全透水边界),移动边界下移速度越快,土中超静孔压的消散速率越快,固结完成时间越短,反之亦然;当B值相同时,R值越大,移动边界至土层底部的时间越长,相同时刻下超静孔压残留值越大,土层平均固结度越小。     

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。     

反复循环荷载下考虑上覆土体压力软土次固结变形试验研究

采用不同原状软土,取循环荷载卸载时试样最小应力为原状软土上覆土体压力,进行反复循环荷载下的一维固结试验,研究软土的次固结变形特性。研究结果表明:在荷载循环过程中,初始最大预压荷载越大,软土次固结系数C_a越小;次固结系数随循环次数增大减小明显,当循环次数达20次以上时,减小逐步变缓;循环荷载越大,软土的次固结系数越大且减小越迅速。经35次循环荷载后,再加载时次固结系数C_a随再加荷载p_1增大而增大,且C_a与lgp_1呈线性关系;最大预压荷载越大、维持时间越长,再加载时次固结系数C_a越小。     

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.     

大变形固结计算模型及定解条件的探讨

本文考虑了孔隙比与有效应力、孔隙比与渗透系数的非线性关系,建立了一维普遍大变形非线性固结方程,并详细讨论了初始条件及排水、不排水、半排水等边界条件对土体固结的影响.应用显式与隐式差分相结合的方法离散了该方程,以吹填土实验资料为依据,计算了初始固结时土体的非均匀性与土体边界孔隙比随过程变化这两种因素所组合的四种情况.结果表明,本文所建立的大变形计算模型是合理可行的,所建立的固结方程以及半排水情况下的计算式是正确的,可应用于实际工程计算.     

考虑非达西渗流的结构性软土非线性固结分析

在传统太沙基一维固结理论基础上,引入经典的Hansbo非达西渗流模型,考虑天然土体结构性对固结的影响,建立实际变荷载作用下土体的非线性固结模型,并利用有限差分法求取模型的数值解.在保证数值解可靠性的基础上,分析非达西渗流对结构性软土固结性状的影响及非达西渗流下土体结构性对固结性状的影响.结果表明:非达西渗流下结构性软土的固结速率要比达西定律下慢,且随非达西渗流模型参数m和i1的增大,固结速率的减小愈加明显;对考虑非达西渗流的结构性软土而言,结构屈服应力越大,结构屈服应力前土的压缩指数越小,则结构性软土的固结速率越大,地基土的最终沉降值越小.     

土层性质幂函数变化下的一维固结

采用分离变量法,求解了任意荷载作用下渗透系数和体积压缩系数随深度按幂函数变化土层模型的一维固结问题,从而得到不同排水边界条件下超孔隙水压力和沉降等随时间变化的解析表达式. 通过计算分析,讨论了该类非均质土固结时超孔隙水压力、沉降的变化规律.     

变荷载条件下考虑土体非线性的碎石桩复合地基固结研究

在合理假设的基础上,推导出变荷载条件下考虑土体非线性的碎石桩复合地基固结度解析解.此解析解可退化至经典的一维太沙基固结解,证明推导出的固结度解析解是正确.以此解析解为基础,研究了碎石桩半径、碎石桩渗透系数、桩土模量比、软土渗透指数、软土压缩指数、加载时间对复合地基固结速率的影响.研究结果可用于碎石桩复合地基的设计和施工.     

考虑非达西流固结土体中桩基承载时间效应研究

为揭示堆载作用下软土固结沉降过程中桩土相互作用机理,首先,基于非达西流动定律推导土体非达西一维固结非线性方程,考虑土体固结过程中孔隙比和渗透系数等参数变化导致土体的非线性特性,通过有限差分法获得超孔隙水压力的数值解答,建立桩侧土体固结沉降计算模型;其次,基于桩土荷载传递模型,考虑土体有效应力增加对桩土界面强度的影响,提出固结土体中桩基长期承载时间效应计算理论;第三,采用Python语言编制迭代求解计算程序,获得桩身下拉荷载、桩侧负摩阻力以及中性面随时间变化的分布规律;最后,对比本文计算结果与现有试验,并进一步研究排水条件对摩擦桩与端承桩下拉荷载分布及中性面位置变化的影响。研究结果表明:与非达西流动相比,按照达西流动定律计算结果高估了土体的有效应力和桩土界面强度;排水条件对桩基础中性面位置有很大影响,双面排水时摩擦桩中性面位置随结时间向上移动,端承桩则稳定在桩尖附近,单面排水时中性面位置随固结均向下移动;本文计算结果与离心机模型试验结果总体变化规律相似,误差可以接受,提出的桩身下拉荷载及中性面位置计算方法可以高效、准确地预测桩周土体在堆载作用下非达西流动固结过程中桩基长期承载响应。     

隧道渗漏诱发的分数阶黏弹性土体固结沉降分析

为研究黏弹性地层盾构隧道衬砌渗漏诱发土体固结沉降问题,采用基于Caputo分数阶导数的Merchant三元件流变模型描述软黏土的流变特性.耦合Terzaghi-Rendulic固结理论,推导出考虑衬砌半渗透边界下黏弹性软土隧道诱发土体中的超孔隙水压力和固结沉降解.通过工程实例对比验证理论解析的准确性,揭示分数阶阶次、衬砌与土体渗透比等参数对土体固结沉降和超孔隙水压的影响规律.结果表明：随时间推移,土体中超孔隙水压在短时间内显著消散,当消散到约初始值的1/8时减幅明显放缓;衬砌与土体渗透比越大,超孔隙水压开始消散的时间越早;随分数阶阶次的增大,超孔隙水压在初期消散得越快,而后期则消散得越慢,固结沉降速率在初期发展得越快,后期发展得越慢.     

考虑固结流变的软土地基单桩下拉荷载计算

为研究大面积堆载作用下软土地基中单桩下拉荷载计算方法,基于非达西流动定律引入软土流变模型,建立了拉格朗日坐标系中考虑固结和流变共同作用下软土地基大变形长期沉降非线性计算模型.模型中考虑了固结流变过程中孔隙比与渗透系数随孔隙水的排出而发生变化.进而以荷载传递法为基础,重点研究了固结流变土体中桩土相互作用时界面抗剪强度的时间效应,提出了软土地基在大面积堆载作用下考虑非达西流动固结与流变耦合效应时单桩下拉荷载理论计算方法,通过假定桩顶变形进行迭代求解,获得了桩身下拉荷载分布与中性点长期变化规律.最后与传统固结计算方法进行比较,并分析了平均固结度、非达西流固结参数、流变参数以及堆载大小对下拉荷载变化的影响.研究结果表明,基于传统土体固结理论的计算结果偏于保守,考虑固结流变共同作用对单桩受力的不利影响极为必要.