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。     

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.     

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.     

真空联合变堆载预压下竖井地基固结分析

为了得到真空联合变堆载预压下竖井地基沉降随时间的发展规律,考虑真空度沿竖井线性减小,堆载单级线性施加,还考虑了地基的径竖向渗流以及扰动区土体水平渗透系数呈抛物线变化,推导了真空联合变堆载预压下竖井地基固结度的一个解析解.并分析了地基固结性状.结果表明,荷载逐渐施加时,采用真空联合堆载预压比只采用堆载预压固结要快,真空度越大,沿深度衰减越慢,固结越快.在地基井径比和水平渗透系数与竖向渗透系数之比较小时,地基的竖向渗流对地基的固结度有较大的影响.     

直排式真空预压法下竖井地基的非线性固结解析解

针对现有直排式真空预压法固结解未同时考虑土体非线性和逐渐加载这2个因素的不足,基于竖井内的真空负压沿深度方向呈线性分布的假设,同时考虑堆载引起的附加应力随时间的变化,采用非线性渗透和压缩模型,推导直排式真空预压法下竖井地基固结的通用解。在通用解的基础上,针对瞬间加载、线性加载和多级线性加载这3种特殊加载模式给出详解。研究结果表明:土体的渗透指数与压缩指数之比(c_c/c_k)、最终有效应力与初始有效应力之比以及堆载随时间的变化会对直排式真空预压法下的竖井地基固结度产生较大影响;当c_c/c_k1.0时,最终有效应力与初始有效应力之比越大,固结速率越快;当c_c/c_k1.0时,最终有效应力与初始有效应力之比越大,固结速率越慢;线性加载和分级线性加载可有效降低土体中的最大超静孔压;土体中的最终超静孔压为负压,在数值上与竖井内的真空负压相等。     

孔隙比变量一维固结方程解析理论

经典Terzaghi固结理论假定固结沉降与超孔压消散间满足线性耦合关系,通过计算土体应力固结度与土体最终沉降量预测沉降发展过程。由于土体固结沉降与超孔压消散间存在不同步耦合效应,沉降发展快于超孔压消散,应用应力固结度预测土体沉降发展误差较大。以孔隙比变量作为固结方程控制变量,根据孔隙比边界条件求解土体固结沉降过程可以有效避开超孔压消散与土体沉降间的滞后耦合效应。以土体连续方程、达西定律、有效应力原理为基础推导孔隙比变量固结方程及边界条件,研究边界条件、土体自重、初始孔隙比分布、非瞬时加载等对土体固结过程与最终效果的影响,比较应力与应变固结度间差异。研究表明初始条件、土体自重等对孔隙比变量解答有较大影响,引起5%左右误差。     

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。     

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响.同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响.为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析.比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响.采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响.研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大.     

深厚欠固结软土悬浮桩复合地基固结沉降

沿海填土地区通常存在软土地基,其中软土层较厚,土壤欠固结现象普遍存在。这导致了诸如承载力不足、固结周期长、沉降量大等问题。为改善欠固结软土地基的低承载能力问题,依托珠海南湾大道悬浮桩地基工程,采用Flac3D有限差分计算软件建立复合地基模型,并将计算结果与短期监测数据进行比对,以验证模型的准确性。对深厚欠固结软土悬浮桩复合地基的沉降变形特征、孔隙水压力消散特征以及土体有效应力增长过程进行了研究。研究结果表明：模型的计算结果与监测数据基本吻合,数值模型能够准确反映饱和软土复合地基的固结和沉降特征,为深厚欠固结软土地基的道路施工提供了理论参考。     

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.     

基于指数形式渗流下的软土一维非线性固结分析

已有的室内试验资料表明软黏土中的渗流会遵循指数形式渗流定律,并且土体压缩性、渗透性在固结过程中会表现出明显的非线性特性。在土中自重应力沿深度均匀分布的假定下,推导建立基于指数形式渗流的软土一维非线性固结控制微分方程,并利用有限差分法对其进行数值求解。将数值解与达西渗流下Davis解析解进行对比,验证数值计算结果的可靠性。最后,对基于指数形式渗流下的一维非线性固结性状进行分析。研究结果表明:土层的固结速率在固结初期随渗流指数的增大而加快;而当时间因子超过某一值后,在固结后期固结速率随渗流指数的增加而变慢;土的压缩指数与渗透指数的比值越大,则土层的固结速率越慢;此外,土层中最终有效应力与初始有效应力的比值以及外荷载的等效水头与土层厚度的比值均对固结速率有较大影响。     

基于改进扎列茨基解的三相土固结沉降研究

研究表明三相土中含气孔隙水的可压缩性将对固结沉降过程产生实质性的影响,因此有必要在固结沉降问题的研究中考虑三相土鉴于目前的土体固结分析方法很少涉及三相土,基于改进扎列茨基解求解三相土的固结沉降问题,并进行参数敏感性分析得出：渗透系数愈大,沉降发展愈快;泊松比越大,最终沉降越小等结果、另外该近似解能够较好地求解三相土固结沉降,具有一定的应用价值。     

含下卧层复合地基固结的简化分析

将加固区桩体和桩周土体径向整体作为一个研究对象,从而避开单独考虑因施工造成的涂抹作用的影响.根据单元体排出水量等于体积变化量的关系,用平均超孔隙水压力的概念推导出含下卧层复合地基的固结简化方程.通过改进加固区和下卧层区接触面的边界条件、考虑应力集中效应并结合初始边界条件得到了含下卧层复合地基中超孔隙水压力随时间变化的解析式,提出了反映沉降量大小的整体固结度计算方法.该方法可直接求得不同深度桩体和桩周土的平均超孔隙水压力和平均固结度,也可得到复合地基整体固结度.利用有限元法对解析解进行了对比分析,并通过参数变化的探讨研究了含下卧层复合地基的固结性状的变化规律.     

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.     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

考虑盾构施工扰动土体固结的地层沉降计算

为解决以往盾构隧道的地层沉降计算不考虑施工扰动土体的固结沉降对总沉降的影响而使得计算结果偏小的问题,通过对盾构隧道施工致周边土体的扰动机理分析,指出盾构上方一定范围内的被扰动土体为欠固结土,应用欠固结士的沉降计算理论,得出了考虑盾构扰动周边土体固结影响的隧道沉降计算修正方法.与工程实测值的对比结果表明,地层沉降计算修正方法的计算结果更符合工程实际,工程应用上偏于安全,该成果对于盾构隧道施工的地层沉降预测与控制具有一定的参考价值.     

竖井地基热排水固结模型试验

设计竖井热排水固结模型试验系统,选取宁波地区典型软黏土,在室温和水热循环温度70℃下分别开展排水固结和热排水固结模型试验,分析加热、分级堆载、恒载降温阶段各测点的温度、孔隙水压力及地表沉降变化规律。研究结果表明:热排水固结法可加速地基模型的固结速率,固结度达到90%所需时间较排水固结法所需时间减少;经过温度历史后,地表最终沉降量增加,土的抗剪强度有所提高,增强软基处理效果。在试验基础上,分析热排水固结法作用机理,结合已有先期固结压力随温度变化理论,按e-lgp曲线法建立热排水固结法的沉降计算公式,并对竖井模型地表沉降进行计算,与试验结果吻合较好,初步验证公式的合理性。     

不同固结度冻融软土动载下孔压模型试验研究

以冻结温度和融土初始固结度为影响因素,通过室内动三轴试验对地铁循环荷载作用下冻融软土的孔压发展规律进行研究.结合试验数据,建立了考虑冻结温度和融土初始固结度的影响因素的冻融土动孔压累积试验模型.研究表明,冻融作用改变土体内部颗粒联结形式和孔隙结构,导致在循环荷载作用下冻融土动孔压累积速率加快;冻结温度越低,冻融土孔压发展速率越快,且在振动后期的稳定孔压值越高;冻融土初始固结度对孔压发展有影响,初始固结度越高,孔压发展越缓慢,且稳定值越低;低温冻结和低初始固结度的耦合作用加剧了冻融土孔压的累积,使其结构进一步软化.     

考虑无井阻和土体非线性的真空-堆载联合预压复合地基固结分析

针对真空-堆载联合预压复合地基固结问题,考虑土体的非线性,通过引入对数模型,给出真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题的解析解。运用算例分析讨论了复合地基固结性状的变化规律。结果表明,真空-堆载联合预压复合地基非线性固结问题可看作是真空荷载和堆载两者叠加的效果,其按应力定义的固结度与按变形定义的固结度不同;按应力定义的固结度,当土体压缩指数与渗透指数之比小于1时,增大真空荷载值或堆载值,固结加快,当其大于1时,情况则相反;土体压缩指数与渗透指数之比、井径比、涂抹区大小越大,桩土模量比越小,固结越慢;在时间因子较小时,扰动区土体超静孔压增长速度明显大于未扰动区;距离桩体越远,超静孔压消散越慢。     

含排水砂垫层地基平面应变固结试验

针对含水平排水砂垫层地基的平面应变固结问题,自主研制了一套平面应变固结试验装置,开展饱和重塑黏土上覆不同长度和渗透系数的砂垫层条件下的固结试验,自动量测固结过程中土体超静孔隙水压力和表面沉降量的变化,分析砂垫层长度和渗透系数对土体固结速率的影响。结果表明:固结速率并不仅仅取决于砂垫层的渗透系数,砂垫层的长度也是影响地基固结速率的重要设计参数。砂垫层越长,则地基固结速率越慢,固结完成所需要的时间越长,其原因在于,砂垫层的长度决定了土堤等工程平面应变固结中水平向渗流路径的长短。