分层地基Terzaghi一维固结问题的刚度矩阵解

在Terzaghi一维固结单层Laplace变换解的基础上,用一种类似于有限单元的方法-刚度矩阵法对多层固结解进行了推导,得出多层地基中t时刻z深度处有效应力值为两行列式之商,因而具有表达式简单直观的特点.数值计算结果表明,本文的方法具有很好的精度.     

二维渗透各向异性多层地基Biot固结分析

从二维渗透各向异性Biot固结问题的基本控制方程出发,对时间t进行Laplace变换,对坐标x进行Fourier变换,构造出Laplace-Fourier变换域内的常微分方程,利用Cayley-Hamilton定理推导出单层地基的传递矩阵。根据传递矩阵的性质,并结合层间连续条件和边界条件,求得了二维渗透各向异性多层地基Biot固结问题在Laplace-Fourier变换域内的解,通过Laplace-Fourier逆变换可求得该问题物理域内的真实解。编制了相应的计算程序,并对数值计算结果进行了比较和分析。计算结果表明:土的渗透各向异性对固结过程中的地表位移有比较显著的影响。     

多层渗透各向异性地基非轴对称固结分析

从渗透各向异性非轴对称固结基本方程出发,通过引入Fourier级数展开,对时间t、坐标r的Laplace-Hankel变换,再对坐标z的Laplace变换,得到四元一次方程组,解此方程组,并进行Laplace逆变换,得到了单层渗透各向异性地基非轴对称固结问题的传递矩阵,然后利用传递矩阵法,结合层间连续性条件和边界条件,得到了多层渗透各向异性地基非轴对称固结问题在积分变换域内的解。最后应用Laplace-Hankel逆变换技术得到非轴对称固结问题在物理域内的理论解;并编制出相应的计算程序,进行数值计算和分析,以讨论渗透各向异性对地基固结的影响。     

层状横观各向同性地基与刚性条形基础共同作用分析

运用对偶积分方程来求解刚性条形基础与层状横观各向同性地基的接触问题。从直角坐标系下平面应变问题基本控制方程出发,通过对坐标的Fourier积分变换和Cayley-Hamilton定理推导出单层横观各向同性地基的传递矩阵。将单层地基传递矩阵结合层间连续性条件,推导出层状地基的传递矩阵解。利用刚性条形基础与层状横观各向同性地基接触的混合边值条件,推导出一组对偶积分方程,并应用Jacobi正交多项式将其转化为线性代数方程组,求解得到地基反力。编制了相应的计算程序,其计算结果与已有文献和有限元软件的结果基本吻合,并分析了地基横观各向同性性质与成层性对计算结果的影响。     

解析层元法求解层状横观各向同性地基轴对称问题

提出了一个求解横观各向同性层状地基轴对称问题的解析层元方法。从弹性力学基本方程出发并利用 Hankel 变换,得到横观各向同性单层地基的传递矩阵解,进而推导出单层地基的解析层元刚度矩阵。利用有限元方法组装总体刚度矩阵,通过求解总体刚度矩阵,并采用 Hankel 逆变换的数值积分方法,可求出层状横观各向同性弹性体轴对称问题在物理域内的精确解。刚度矩阵元素中不存在正指数并具有对称的特点,不仅使计算过程简化,还提高了计算精度。最后文中给出了算例来证明推导结果的准确性。     

渗透各向异性饱和层状地基中的抽水问题

从渗透各向异性轴对称Biot固结的控制方程出发,构造出Laplace-Hankel变换域内的状态方程,利用Cayley-Hamilton定理推导出单层饱和地基的传递矩阵。结合多层饱和地基的连续条件、边界条件、以及抽水作用面的连续条件,运用传递矩阵法求得了渗透各向异性饱和层状地基内抽水问题在积分变换域内的解。通过Laplace和Hankel数值逆变换,获得了相应问题在物理域内的真实解。分析讨论了土体的渗透各向异性参数及及抽水时间等因素对饱和地基地表沉降的影响。     

三维渗透各向异性层状地基Biot固结分析

从渗透各向异性三维Biot固结问题的基本控制方程出发,引入中间变量和Laplace-Fourier积分变换,构造出两组变换域内的状态方程,利用Cayley-Hamilton定理得到渗透各向异性单层地基三维Biot固结问题的传递矩阵;根据边界条件和层间连续条件,并结合传递矩阵的性质和Laplace-Fourier逆变换技术,从而求解出渗透各向异性层状地基三维Biot固结问题。此外,编制相应的程序,并将计算结果进行分析和比较,结果表明土体的渗透各向异性性质对固结过程有较显著的影响。     

横观各向同性非均质地基的Biot固结轴对称问题求解

从横观各向同性地基Ｂｉｏｔ固结轴对称问题基本方程的Ｌａｐｌａｃｅ变换式出发,构造地基固结问题基本量关于竖向及径向坐标偏微分之间的矩阵关系式,再通过对该关系式进行关于径向坐标的Ｈａｎｋｅｌ变换,得到矩阵微分方程,进而可以得到团结问题基本量之间的传递矩阵。利用传递矩阵、边界条件及逆变换技术可实现多层地基的计算。编制了计算程序,并给出一算例。     

三维直角坐标系下分层地基的传递矩阵解

从直角坐标系下三维弹性力学问题的控制方程出发,构造出一组解耦变换,推导出非耦合的状态方程;利用二维Fourier变换以及Cayley Hamilton定理得到了单层地基的传递矩阵;然后根据边界条件和层间结合条件利用矩阵传递技术,得出了多层地基在任意荷载作用下的传递矩阵解。编制了相应的程序,并将数值计算结果进行了比较和分析。计算结果表明：对弹性半无限体地基模型而言,结果与前人的结果是吻合的;而且土的分层性对土中位移有比较显著的影响。     

横观各向同性层状地基平面应变问题的解析层元解

从横观各向同性平面应变弹性体的基本控制方程出发,通过Fourier积分变换和Cayley-Hamilton定理推导出单层横观各向同性地基的传递矩阵,然后再通过矩阵变换求得单层地基的精确刚度矩阵,即解析层元解;根据有限层法原理组合得到总刚度矩阵,通过求解总刚度矩阵得到横观各向同性层状地基平面应变问题在积分变换域内的解答,应用Fourier逆变换得到物理域内的精确解。编制相应的计算程序,计算结果与有限元软件模拟结果吻合。算例分析表明土的分层特性和横观各向同性性质对土体变形有明显影响。     

饱和软粘土在循环荷载下的孔压数值分析

在经典的Terzaghi一维固结理论基础上,推导出循环荷载作用下考虑土体非线性的一维固结微分方程,并应用Matlab软件编写相应微分方程的求解程序,得到超孔隙水压力随时间变化的曲线。结合单层地基在正弦循环荷载形式作用下的固结算例,对所得数值解进行了探讨,揭示了循环荷载作用下单层饱和软粘土地基孔压分布的特性,得到了一些有益于工程实践的有意义的结论。     

基于非达西渗流的饱和黏土一维流变固结分析

 为进一步深入探讨饱和黏土的固结机制,引入Merchant流变模型描述其流变固结过程,并同时考虑低速渗流曲线段和较高速渗流直线段的Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西(Darcy)渗流,修正Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并给出有限体积法数值求解格式。通过对比已有的Darcy渗流条件下流变固结方程解析解,证明本文数值方法是有效的。然后探讨Hansbo渗流参数和Merchant流变参数对流变固结过程的影响。计算结果表明,渗流的非Darcy特性和流变效应都延缓饱和黏土中孔隙水压力的整体消散速率和地基的沉降速率,同时考虑这2种特性比单独考虑其中任一种特性时达到同一固结度需要的时间要长。而且,考虑流变效应时按变形定义的固结度要小于按孔隙水压力定义的固结度。     

指数渗流定律下成层地基一维非线性固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律的背景下,考虑实际中的变荷载作用及土体初始有效应力沿深度的线性增加,建立成层软土地基一维非线性固结控制微分方程及求解条件。运用有限差分法获取其数值解并编制相应的计算程序,通过与达西渗流定律下成层地基非线性固结半解析解相对比,验证了该差分解及计算程序的可靠性。最后,结合不同工况下的某四层软土地基一维非线性固结计算实例,分别对土中的超静孔压、按孔压定义的平均固结度以及地基沉降量进行计算分析。     

Uncoupled state space solution to layered poroelastic medium with anisotropic permeability and compressible pore fluid

This paper presents an uncoupled state space solution to three-dimensional consolidation of layered poroelastic medium with anisotropic permeability and compressible pore fluid. Starting from the basic equations of poroelastic medium, and introducing intermediate variables, the state space equation usually comprising eight coupled state vectors is uncoupled into two sets of equations of six and two state vectors in the Laplace-Fourier transform domain. Combined with the continuity conditions between adjacent layers and boundary conditions, the uncoupled state space solution of a layered poroelastic medium is obtained by using the transfer matrix method. Numerical results show that the anisotropy of permeability and the compressibility of pore fluid have remarkable influence on the consolidation behavior of poroelastic medium.     

路基沉降规律影响因素分析研究

应用太沙基一维固结理论,对某路基沿线不同填筑速率、有无塑料排水板处理和不同工程地质条件的地基固结沉降速度进行了分析研究。通过考虑水平渗透的二维Biot固结理论的有限元分析比较得：二维有限元法固结度是太沙基一维固结理论计算结果的1倍-2倍,更加接近实测结果,但其计算量大,对计算参数的选取较苛刻。故最终路面层施工时间应根据动态观测修正的太沙基一维固结理论计算结果确定。     

考虑固结和流变的层状地基中的水平单桩的理论分析

 利用积分方程和递推矩阵2刚度矩阵方法求解了考虑层状两相介质固结和流变的水平受荷的单桩问题。首先利用层状两相介质中水平圆形载荷基本解, 建立了时域内的层状两相介质地基中水平单桩的积分方程。然后对所得的积分方程进行Laplace 变换, 得到变换域内的积分方程, 对变换域内的积分方程采用Schapery 逆变换方法得到时域内水平单桩的近似积分方程。最后对所得的积分方程进行数值求解得到桩的剪力、弯矩和位移。     

任意荷载下成层弹性地基的一维固结

针对成层弹性地基模型，运用Ｌａｐｌａｃｅ变换及矩阵传递法求解了任意荷载下成层弹性地基一维固结问题，得到了频域内的通解，通过Ｌａｐｌａｃｅ逆变换，即可计算成层弹性地基在任意荷载下的一维团结。经典的Ｔｅｒｚａｈｉ一维固结理论解是一个特例。此外，结合三层的地基算例，对解进行了探讨，揭示了成层弹性地基的固结特性。     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

常规三轴试验固结阶段的理论研究及试验验证

常规三轴试验的固结阶段属于球应力作用下的三维压缩而渗流只发生在竖向的特殊过程,与Terzaghi一维固结过程既有区别又有一定的共同点,因此不能直接用Terzaghi一维固结理论解决该问题。基于有效应力原理、Darcy定律和线性材料假设,建立常规三轴试验固结阶段的水压力消散理论方程,并进一步给出其分离变量法的幂级数解和有限元解答。算例分析表明,幂级数解在固结初期收敛性较差,只有当固结度稍大时才表现出良好的稳定性。将理论方程的计算结果与双压力室WF有效应力路径三轴试验结果比对后发现,理论方程能够揭示三轴试验固结阶段的主要特点。理论分析表明,其差异性主要在于理想假设与真实土样性质不完全相同这一客观存在。     

负摩擦桩荷载传递规律

从桩－土相互作用的机理出发,研究了基置非均质地基土中的桩承受填土荷载时的桩基性状,利用太沙基一维固结理论和土层分层总和法推求填土作用下土层沉降随深度和时间变化的规律。由此求得置于均质地基土中的弹性微分方程的解析解,用有限差分法研究了非均质地基土中的情况,并考虑了土的非线性特性,分析了某一工程实例。