考虑起始水力坡降的软土一维非线性固结分析

建立了考虑起始水力坡降的软土非线性固结控制方程,利用有限差分法求取其数值解答,通过与达西定律下的解析解相对比验证了数值计算的可靠性.在此基础上,分析了不同参数对固结性状的影响,研究结果表明:起始水力坡降越大,渗流前锋至土层底面所需要的时间越长,超静孔隙水压力的消散速率越慢;cc/ck值越大,渗流前锋移动速率越慢,土层的固结速率也就越慢;渗流前锋的移动速率随着荷载的增大及土层厚度的减薄而加快;cc/ck=0.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐加快;cc/ck=1.5时,土层固结速率随着荷载的增大、土层减薄而逐渐减慢.     

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.     

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.     

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。     

抽水引起的有起始比降饱和土固结解析解

研究在有起始比降的弱透水层下大面积抽水而引起的一维固结问题,采用分离变量法,获得该工况下的一维固结解析解。讨论土中渗流移动边界的运动规律,得渗流发展到达土层顶部的时间因子与起始比降的关系曲线,分析考虑起始比降后土体的一维固结和沉降特性。研究结果表明:当起始比降大于一定值时,渗流不会发展到达土层顶部,此时,弱透水层由于抽水引起的固结最终压缩量将减小,且起始比降越大,最终压缩量越小;当固结结束时,土体中孔隙水压力沿深度分布曲线为折线;而当渗流能够发展到达土层顶部时,最终压缩量为一定值,与起始比降无关,土体中的孔隙水压力沿深度分布曲线为直线。     

连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解

基于XIE等提出的饱和软土一维大变形固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下饱和软土的一维大变形固结问题。利用变量代换、分离变量法和Laplace变换得到连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解,通过退化解析解和有限差分数值解对比分析,对该解析解的正确性进行验证。基于所得解析解,分析土体的界面参数及荷载参数对土体一维大变形固结性状的影响。研究结果表明:界面参数α和β越大,土体的透水性越好,超孔隙水压力消散越快,地基的固结速度越快;当界面参数增大到一定程度后,连续排水边界可退化为完全排水边界;连续排水边界下以孔压定义的固结度Up随荷载参数λ_q的增大而减小,以沉降定义的固结度Us则随荷载参数λ_q的增大而增大;对比土体的界面参数和荷载参数对土体大变形固结的影响可知,界面参数对土体固结的影响更大。     

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.     

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。     

重塑黄土一维固结变形的试验与数值模拟

为了研究单轴条件下黄土的固结变形特性,运用ABAQUS软件对重塑饱和黄土一维压缩固结模型进行了数值仿真。采用边界面模型为土体的材料模型,通过与室内试验比对,验证了所建模型的正确性。并依据现有模型,模拟了不同应力率下的固结试验。结果表明:(1)试样在加卸载荷后会产生较大的瞬时变形,变形量随加卸荷量的增大而增大,但在加卸载量相同的情况下,试样的回弹变形要远小于加载过程中产生的变形。(2)常应力率试验中,应力率越大,有效应力增长越快,但最终的有效应力值却最小;有效应力在卸载开始阶段并没有随着总应力的下降而下降,而是表现出一定的滞后性,且应力率越大,这种滞后性越明显。(3)试样的竖向变形速率随着应力率的增大而增大,但最终变形量随应力率的增大而减小,合适的应力率可以兼顾加载时间和密实度。(4)应力率越大,孔压上升越快,所产生的孔压幅值也越大,应力率较小时,孔压在加载过程中出现先升后降的现象,孔压沿试样高度分布较连续。     

饱和含细砾砂动孔隙水压力特性三轴试验研究

利用TAJ—20振动三轴仪对饱和含细砾砂进行振动三轴试验,研究了几种不同因素下砾砂的孔压发展规律;并采用双曲线孔压模型进行了拟合。试验结果表明:随着振动周次和动应力幅值的增加,动孔隙水压力逐渐增加,而动孔压随固结应力比的增大逐渐减小。等压固结含细砾砂孔压均能达到围压,而偏压固结孔压是否达到围压主要取决于动应力幅值能否大于主应力差,即动应力是否足够大;但当固结应力比太大,孔隙水压力不能达到围压。饱和含细砾砂动孔压比增长随相对密度的增大而减缓,当达到相同的动孔压比,相对密度越大,振动破坏所需的振动周次也就越多,土体就越不容易破坏。振动频率越快,动孔压比上升越快,即孔隙水压力上升速度越快。当达到相同的孔隙水压力时,振动频率越快,振动破坏所需的时间就越少。饱和含细砾砂动孔压发展可用双曲线模型很好的拟合,可为工程实践和试验资料的积累提供依据。     

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。     

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.     

考虑指数流的真空预压竖井地基固结解析解

传统固结理论认为渗流速度和水力梯度呈线性关系,但在软塑性土地基中常出现背离线性关系的情况,即为非达西渗流模式。在经典竖井地基固结理论的基础上,假设孔隙水渗透服从指数渗流模式,并结合真空预压的边界条件,建立新的竖井地基固结计算模型,获得超静孔压和径向固结度的严格解答,并通过开展多工况算例对比,分析指数渗流模型参数和真空压力沿竖井衰减系数等对竖井地基固结计算结果的影响效应。研究结果表明:非达西渗流指数m对固结速率影响最为显著,在固结初期,m越大,固结速率越快;在固结后期,m越小,固结速率越快;涂抹区参数s及κh/κs越大,竖井地基固结速率越慢;负压衰减系数k1和k2、真空荷载p0越大,固结速率越快。     

滨海软黏土蠕变特性的三轴试验

为探讨天津滨海典型软黏土的蠕变特性,利用英国GDS动三轴试验系统,开展了考虑围压、加荷比以及排水条件等因素下的三轴蠕变试验研究,得到了不同条件下滨海软黏土的应力．应变．时间关系曲线．试验结果表明：天津滨海软黏土具有非线性蠕变特性,其蠕变变形演化特征受结构性制约,低围压条件下,蠕变等时曲线近似为线性,无明显的屈服特性;当围压较大时,蠕变等时曲线呈现折线特性;排水条件下的蠕变等时关系曲线比不排水条件下的非线性程度明显,排水条件下其体变性状总体上表现为剪缩,蠕变变形速率和变形量均低于不排水条件;不排水条件下软黏土的初始蠕变变形速率和变形量与围压和加荷比有关,相同偏应力水平下,固结压力越大,初始蠕变速率越大,达到稳定蠕变阶段的时间越短,蠕变变形量越小;初始固结压力一致时,加荷比越大瞬时蠕变速率越大。破坏应力值越小．     

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。     

封闭环境中群桩桩间土超孔压消散数值模拟

通过分析封闭环境中群桩基础成桩后,桩间土体及下卧土层中超静孔隙水压力消散的边界条件和初始条件,建立了场地边界径向渗流受到阻隔时,饱和黏土中群桩桩间横观各向同性土体固结的定解条件,应用数值理论建立了相应定解问题的有限元程序,对桩间及下卧土层中压桩挤土造成的孔压消散时空变化规律进行了模拟研究.结果表明:下卧土层的渗透特性对桩间土体的孔压消散有明显影响,特别当下卧土层水平向渗透系数很小时,桩间土超孔压消散将延续非常长的时间.     

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.     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。