饱和孔隙-裂隙黏土双层地基的一维固结分析

为研究双孔结构饱和黏土双层地基的一维固结特性,在一维完全侧限条件下根据混合物理论建立了饱和孔隙-裂隙介质的固结控制方程.采用Fortran语言编制了饱和孔隙-裂隙黏土一维固结的有限元程序,利用单层地基研究成果验证本文模型和程序的正确性.运用有限元程序分析压缩模量、渗透系数及土层厚度等因素对饱和孔隙-裂隙黏土双层地基固结...     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

渗透系数非线性的一维热固结分析

基于考虑渗透系数非线性的饱和多孔介质一维热-水-力耦合控制方程,提出有限差分数值求解方法,并编制相应程序。利用该程序对一算例进行分析。结果表明:在渗透系数为常量的情况下解答与现有解析解答完全一致,验证了数值解和程序的正确性。考虑渗透系数随温度非线性变化的热固结,对温度场变化没有影响,但孔压消散明显加快,达到最终沉降量所需时间也减小。温度荷载越大,固结越快。     

饱和土体一维固结方程的稳定性分析

根据分布参数系统控制理论和半群理论的研究方法和成果对饱和土体在附加应力作用下的一维固结方程的稳定性进行了分析证明，从理论上给出了土体固结沉降的渐近稳定性结果。     

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.     

基于热-水-力数值模拟的饱和正常固结黏土热压缩现象

既有饱和正常固结土体加热试验研究表明,温度升高时,土体的体积变化表现为体积收缩,这与热胀冷缩基本通识相违背。针对这一问题,通过热-水-力（THM）完全耦合有限元程序对饱和正常固结黏土的加热试验进行了数值模拟。结果表明,由于黏土的热传导系数及渗透系数都比较低,在升温过程中,试样内部会形成温度差,进而产生超孔隙水压,随着超孔隙水压的消散,最终使土体表现为热压缩现象。当增大土体的渗透系数时,土体内部不产生超孔隙水压,这时土体表现为热膨胀。因此,饱和正常固结土体升温引起的热压缩现象并非土体基本力学特性,而是一个边界值问题。     

k0固结饱和黏土的循环强度特性

通过k0固结饱和黏土的循环三轴试验,研究了固结压力、不排水增量静偏应力对k0固结饱和黏土循环强度的影响.结果表明,同一增量静偏应力比下,不同固结压力对应的循环强度曲线有良好的一致性;当增量静偏应力比从0.15增至0.7时,同一循环破坏次数下的循环强度增大18%左右;由于土样破坏时的应力圆与Mohr-Coulomb强度包线之间有良好的相关性,所以可利用Mohr-Coulomb强度关系描述无应力反向时k0固结饱和黏土循环强度的变化;若略去增量静偏应力的影响,则按照较小增量静偏应力对应的Mohr-Coulomb循环强度指标分析循环荷载作用下土体的稳定性可以得到偏于安全的结果.     

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.     

饱和粘土一维固结系数的非线性研究

采用粘土的半对数压缩曲线、修改后的达两定律、挖孔隙比与渗透系数和塑性指数之间的关系式等，推导了饱和粘土在考虑几何非线性、起始水力坡降和渗透系数非常数情况下维渗流固结系数的表达式。公式表明，固结系数是有效应力和孔隙比的函数，同时与土的初始孔隙比、压缩指数、塑性指数等有密切关系；固结系数随有效应力或孔隙比的变化而变化，其趋势由压缩指数和塑性指数之间的关系决定，对大多数粘土，固结系数随有效应力的增大而减小。上述结构与时间对数法和时间平方根法很好吻合。     

饱和黏土剪切变形与强度特性试验研究

针对由真空抽吸制样技术制备的饱和重塑黏土,在0.000 2～0.1 mm/s剪切速率范围内.进行了多组应变控制的UU和CU三轴剪切试验,通过对比试验系统地探讨了围压和剪切速率对饱和黏土的应力-应变关系及其强度特性的影响.试验结果表明,饱和黏土的应力-应变关系在低剪切速率下发生应变强化.而在高剪切速率下出现峰值强度和应变软化,不排水强度随剪切速率的增加而增大,增长幅度可达70%.但当应变超过10%以后的最终残余强度趋于相等.同时试验还发现.在UU试验条件下黏土应力-应变关系与强度特性不受围压的影响,而受剪切速率的影响较为显著.通过归一化.建议了不排水强度与剪切速率之间的线性拟合公式.在确定拟合参数以后.在一定的剪切速率范围内可以同时估计UU和CU试验条件下各剪切速率下的强度.     

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.     

广义 Voigt 模型模拟的饱和土体轴对称固结理论解

本文采用广义 Voigt 模型,导出了自由应变条件下考虑井边涂抹作用,等垂直应变条件下考虑涂抹和井阻作用的饱和粘弹性土体轴对称固结理论解.解的形式有广泛的适用性,可概括 Barron 弹性解和郭志平粘弹性解等,故它更方便于工程应用.研究工作还表明:由于推导有误,关于这一问题的 Barron 解不满足固结基本方程;由于设置条件失当,传统的 Carrillo 定理不再适用于饱和粘弹性土体情况.     

黏土固结过程中结合水对粘滞系数影响研究

渗透系数作为土的基本力学指标参数,是孔隙比和粘滞系数的函数,为了研究黏土中结合水对粘滞系数的影响,开展固结试验得到各级压力下的渗透系数与粘滞系数,并由高速离心机分离试验定量测得结合水量。结果表明固结压力增大,孔隙比减小,渗透系数随之减小,由渗透系数计算公式反算出动力粘滞系数,随固结压力增大而线性增大。压力较小时,结合水量变化较小;自由水减少到一定程度变为结合水排出为主。结合水排出会导致结合水膜厚度变薄,粘滞系数随结合水膜厚度减小而线性增大。所以,对于结合水含量较高的黏土,固结压缩过程中存在结合水排出现象,计算渗透系数时需考虑结合水膜变薄导致粘滞系数增大进而对渗透系数产生的影响。     

碳酸二甲酯饱和液体粘度的实验研究

为将碳酸二甲酯作为替代清洁燃料的研究提供基本物性数据，使用改型的乌别洛特毛细管粘度计对283.273～383.104K温度区间的碳酸二甲酯饱和液体粘度进行了实验研究，并利用实验得到的饱和液体粘度实验数据，拟合了碳酸二甲酯饱和液体的粘度方程。实验结果表明，粘度测量结果的不确定度小于3．0％，实验数据与粘度方程的最大偏差为2．10％，平均偏差为0．58%。     

饱和软土的弹塑性大变形有限元平面固结分析

基于非线性连续介质力学的基本理论,采用Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ法（即ＴＬ法）。在原有的小变形弹塑性软土固结程序Ｃｏｎｄｅｐ基础上,编制了二维大变形平面固结问题有限元计算程序,其中采用软土修正Ｃａｍ－ｃｌａｙ本构模型时,考虑了刚性旋转不变性的影响。验证了程序的正确性,并就一典型的软土地基进行计算,所得结果与小变形理论结果作了对比。     

分级加载下黏土中的超静孔压消散试验研究

为直观地认识土体固结时超静孔压的消散过程,弄清固结理论产生偏差的原因,利用研制的大尺寸固结装置,对饱和黏土开展分级加载下的超静孔压、压缩变形和土压力的测试,并与太沙基一维固结理论计算值进行对比。测试结果表明土样中的超静孔压呈现加载后先增加、后消散缓降的规律,分级加载下,随着固结荷载增大,孔压变化明显滞后于荷载的变化,且超静孔压的消散也趋慢。经与采用固定固结系数计算的理论值对比可证实土样中的固结系数呈动态变化,表现为随固结荷载和固结时间的增加而减小,且不同位置处的固结系数也存在差异。     

饱和砂的动孔压演化特性试验研究

利用GDS 10 Hz/20 kN双向振动三轴系统,对饱和砂进行不排水动三轴液化试验,研究了液化进程中动孔压的发展规律,并阐述了动孔压的演化机理.基于试验结果,提出适用于饱和砂的动孔压应变模型.该模型直接和动力分析中应变幅相联系,能够弥补应力模型的不足,并具有较好的适用性.等压固结条件下,动应力和固结压力对动孔压比与动应变比的关系影响较小,动孔压发展规律可近似用同一模型表示.不同动应力和固结压力作用下,饱和砂土动孔压的增长模式用Seed提出的孔压应力模型描述时,试验常数可取相同值.     

含水富有机质页岩重复升温热激增渗实验

水力压裂可提高页岩气井产量,但改造尺度多集中于毫米级裂缝,难以沟通微纳孔隙和天然微裂缝,且压后大量压裂液滞留易形成水相圈闭损害,阻碍气体多尺度传输.选取四川盆地下志留统龙马溪组富有机质页岩,模拟水力压裂后页岩储层热处理,开展了加热速率为5 ℃/min干燥页岩重复升温与加热速率为10 ℃/min含水页岩重复升温热激实验,...