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.     

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.     

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.     

采用Green函数法求解二维固结微分方程

以Terzaghi一维固结理论为基础,采用Green函数法对二维固结微分方程进行求解,得到了不同边界条件及地基应力条件下的二维固结微分方程的解析解,给出了计算表,进一步推导了线性加载下的解答。以一均质地基为例,将计算结果与一维解答、前人所得数值结果进行对比,验证了该方法的准确性与可靠性。研究结果表明：进行工程实际研究时应重点关注荷载中心点下的平均固结度,荷载宽度与地基宽度越接近,荷载中心点下的平均固结度与一维结果越接近;而当地基宽度远大于荷载宽度和软土厚度时,使用一维固结理论计算误差较小,工程设计中是可靠的。该方法解答考虑更多工程情况,更快捷方便,便于工程人员使用,可应用于工程计算。     

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。     

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.     

基于三参数非线性渗流模型的一维固结计算

采用传统的太沙基固结理论计算一维固结存在一定的偏差.三参数非线性渗流模型能够反映土中水从低水力坡降到高水力坡降渗流的全过程,达西定律是其特例.文章基于三参数渗流模型,采用太沙基固结理论中除渗流定律以外的其他基本假定,利用连续条件建立了饱和土体基于非线性渗流模型的一维固结微分方程;运用数值和解析相结合的方法得到了固结方程...     

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.     

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...     

单双面排水下饱和黏性土压缩特性的试验研究

以河南某地饱和重塑黏性土为研究对象,利用改装的固结仪,分别进行了单面排水和双面排水条件下的一维固结试验,对比了两种排水条件下饱和黏性土的压缩特性.试验表明,单面排水条件下,试样底部不排水面处存在明显的孔压滞后现象,且按孔压消散确定的主固结完成时间要大于按Casagrande作图法确定的结果.在固结压力较小时,双面排水条件下的固结系数要比单面排水条件下的固结系数大,而在固结压力较大时,则正好相反.同时,单面排水时的次固结系数总是大于双面排水时的次固结系数.