成层Gibson地基半透水边界一维固结解

针对成层Gibson地基模型，研究了半透水边界饱和土层在各种荷载作用下有效应力以及沉降的变化，运用Laplace变换求得了频域内有效应力在任意荷载作用下的解，并结合数值Laplace逆变换，对几种常见的荷载作用下的固结进行了讨论，通过具体算例研究了各土性参数对固结的影响。在实际工程计算中，应根据土层和垫层的具体情况，确定边界条件属于完全透水、半透水或不透水，从而得到更为准确的结果，循环荷载作用下成层Gibson地基固结，其有效应力和变形都呈振荡增长，由于水的存在，两者的变化步调不与荷载同步，这一点与弹性单相介质在循环荷载作用下的规律不同，对于双面排水地基，靠近土层上下表面处应力振荡幅值较大，滞后时间较小；本文计算模型中假设压缩模量只随深度变化，不随时间变化，因此有效应力及变形振荡较大，而实际工程中，由于压缩模量随加载过程的顺延有增长趋势，故可以想像随时间增长，时间有效应力和变形的振荡幅度将减小。     

变荷载下半透水边界成层黏弹性地基的一维固结分析

基于Kelvin黏弹性地基模型，研究了半透水边界饱和成层黏弹性地基在循环荷载作用下的一
维固结问题。利用Laplace变换，得到了问题在变换域内的通解。通过数值Laplace逆变换，获得了黏弹性
成层饱水地基在变荷载下的有效应力及固结曲线图。结果表明，在变荷载下黏弹性地基的固结速率慢于弹
性地基，其有效应力呈振荡增长；地基的上部垫层和下卧土层的透水性能对固结速率具有较大的影响。     

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界来反映它们对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立了上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析了底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明,当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈现出沿地基深度衰减的变化规律。当其它条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变。但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大。顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响。工况一计算的固结度最大,工况二计算的固结度最小,工况三计算的固结度介于工况一和工况二之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。     

半透水边界双层复合地基固结解析理论

研究了考虑双面半透水、涂抹效应和应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结解析解及其工程应用.依据应力条件下的平衡方程和连续条件下的固结方程，由假定的无穷级数解推导出特征方程，并基于特征方程讨论了特征根取值的各种情形，进而得到了双面半透水双层复合地基的固结解析解.研究了给出的计算模型转化为求解单、双面透水双层散体材料桩复合地基以及双层天然地基固结理论的可行性，进而证明求得解具有普遍适用性.研究发现，半透水边界对固结的影响不明显；固结速率随桩径比的减小和桩体刚度的增大而增大；桩径比的作用大于桩体刚度的作用.     

循环荷载作用下双层地基的一维固结

本文对循环荷载作用下双层地基一维团结作了研究．基于Ｔｅｒｚａｇｈｉ假设，利用Ｌａｐｌａｃｅ变换推导了任意荷载作用下一维固结方程的通解，并对特例情况下几种常见循环荷载下地基有效应力和沉降的解析算式作了详细推导，经典Ｔｅｒｚａｇｈｉ一维固结理论解是本文的一个特例．文中给出了算例分析并对所得解答作了有益的讨论，提出了进一步研究的内容．     

强夯作用下成层地基的一维固结研究

在对强夯作用分析的基础上，建立了双层地基在强夯荷载下的一维固结方程；利用Laplace变换给出了土层内有效应力的解析解，提出了土层固结变形量的计算方法。由所推导出的公式可以看出，有效应力和固结变形量与土层的性质有很大的关联，说明考虑实际地基的分层是必要的。同时，也揭示了强夯法加固成层地基的机理。     

层状土半透水边界一维固结分析

本文给出双层土在边界半透水情况下的一维固结解答，分析了层状土半透水边界一维固结特性，并举例说明了该解的实际应用．     

Gibson地基在简谐荷载下的竖向振动分析

用解析方法研究了下卧基岩的Gibson地基的动力问题.基于Biot动力固结方程,考虑了土体和水体的惯性力以及水土耦合作用的影响,采用Hankel积分变换求解耦联合方程组,得到动荷载下饱和土振动问题的解答.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用圆形轴对称周期荷载时土层应力、位移等的一般积分形式解,并利用矩阵传递法完成了对多层地基和Gibson地基的计算.研究表明,激振频率的影响与渗透系数密切相关;随着层厚的增加,反射波的影响迅速衰减.     

任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基一维固结模型

以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为,并引入连续排水边界条件,通过Laplace变换,联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换,获得了其时域内的理论解,并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明：循环荷载作用下,黏土地基的沉降变化呈振荡增长,且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大;分数阶次α增大,使固结前期沉降速率减慢,而在固结后期,α值对沉降的影响正好相反;循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外,一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关,弹性模量E越大,最终沉降量越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化越慢。     

周期荷载作用下成层饱和地基二维稳态响应

为了研究动力作用下饱和地基的动力固结问题,根据Biot平面动力固结方程,运用积分变换和矩阵传递的方法,建立了周期荷载作用下单层和多层地基的二维Biot动力固结的函数表达式.根据下边界为不透水基岩的边界条件,获得了地基表面作用周期荷载时任意层内任意点应力(包括孔压)、位移(包括流体流量)的一般积分形式解.并根据算例,研究了在周期荷载作用下地基的位移、应力、孔压变化的一般规律.算例表明,由于地基中波的反射、干涉,在水平向和竖直向各个物理量会出现多个极值的现象,远异于静力固结.     

多层地基在随时间任意变化荷载下的一维变形

本文运用Ｌａｐｌａｃｅ变换及矩阵传法求解了多层地基在随时间任意变化荷载下一维变形问题,得到了频域内的通解,通过Ｌａｐｌａｃｅ逆变换,即可计算多层地基在随时间任意变化荷载下的一维变形,结合一个特殊情情下的三层地基算例,对解进行了探讨,以揭示多层地基的变形特性,指导工程实践。     

A general solution for vertical-drain consolidation with impeded drainage boundaries

An analytical solution is derived from the generalized governing equations of equal-strain consolidation with vertical drains under multi-ramp surcharge preloading. The hydraulic boundary conditions at both top and bottom of the consolidating soil are modelled as impeded drainage. The impeded drainage is described by using the third type boundary condition with a characteristic factor of drainage efficiency. Fully drained and undrained boundary conditions can also be modelled by applying an infinite and a zero characteristic factor, respectively. Simultaneous radial and vertical flow conditions are considered, together with the effects of drain resistance and smear. An increase in total stress due to multi-ramp loading is reasonably modelled as a function of both time and depth. A solution to calculate excess pore-water pressure at any arbitrary point in soil is derived, and the overall average degree of consolidation is obtained. It shows that the proposed solution can be used to analyze not only vertical-drain consolidation but also one-dimensional consolidation under either one-way or two-way vertical drainage conditions. The characteristic factors of drainage efficiency of top and bottom boundaries have a potentially important influence on consolidation. The boundary may be considered fully drained when the characteristic factor is greater than 100 and fully undrained when the characteristic factor is less than 0.1. The stress distribution along depth induced by the surcharge loading has a limited effect on the overall average degree of consolidation. However, it has a significant effect on the dissipation of excess pore-water pressure.     

连续排水边界下非线性饱和土体一维热固结解析解

为探究受温度影响的非线性饱和土体的一维固结特性，基于孔隙比变化是由有效应力和温度引起的假设，根据热平衡方程和连续性方程建立考虑热效应的一维非线性固结方程。采用分离变量法及Laplace变换获得连续排水边界下考虑土体非线性的一维热固结问题的解析解，通过与现有两种解析解对比，验证此解答的正确性。基于所得解答，详细讨论热扩散系数与固结系数比值、温度增量、界面参数及非线性参数对土体固结特性的影响。结果表明：温度增量越大或界面参数越大时，土体的固结速率越快；按沉降定义的固结速率随非线性参数的增大而增大，而按孔压定义的固结速率随非线性参数的增大而减小；热扩散系数与固结系数的比值较大时，前期热固结速率明显快于不考虑温度作用的固结速率，采用热加固法处理地基时，有必要先测定热扩散系数和固结系数，以确定是否适合采用热加固法。     

One-dimensional consolidation of visco-elastic aquitard due to withdrawal of deep-groundwater

One-dimensional consolidation of visco-elastic aquitard due to withdrawal of deep-groundwater was studied. Merchant model was used to simulate visco-elastic characteristic of aquitard. General solutions of the governing equation were obtained by applying Laplace transform with respect to time, and then the pore-pressure, strain and deformation of the aquitard could be calculated by Laplace inversion. A case was analyzed to validate the correctness of the present method. Finally, some consolidation properties of the problem were analyzed. Comparison of the average degree of consolidation defined by pore pressure with that defined by settlement shows that they are different and the maximum difference is 22.8%. The influences of parameters of Merchant model and the rate of the water level on the consolidation are great. The smaller the viscosity coefficient is, the later the rate of consolidation decreases. The rate of consolidation is decreased with the decrease of the rate of the water level fall. Therefore, the lagged effect of land subsidence should be considered in the actual project.     

软土地基一维非单调压缩固结性状分析

针对储油罐等结构物在使用期内常对下部地基产生往复性变化荷载等实际情况,考虑土体在加载和卸载时压缩系数不同的特性,研究了软土地基一维非单调压缩固结问题.基于现有的成层地基一維线性固结解析理论,采用半解析法求解,得到了相应的半解析解并编制了计算程序.通过系列计算和分析对比,全面地研究了当考虑和不考虑非单调压缩因素时,软土地基固结性状的区别以及不同参数对非单调压缩固结性状的影响.结果表明,压缩系数比、荷载比和卸载速率等对地基的固结均有显著影响;在考虑了非单调压缩的影响因素后,软土地基中超静孔压的消散将滞后于沉降的发展.     

黏弹性饱和土体中圆形隧洞动力相互作用

基于Biot波动方程，采用渗流力学耦合模型，研究了任意荷载条件下黏弹性饱和土体中半封闭圆形隧洞衬砌 土动力相互作用问题.考虑衬砌材料和土体的多孔性质，隧洞处于半封闭状态，边界部分透水.通过引入4个势函数，并利 用Helmholtz分解原理，在Laplace变换域中得到任意响应模式下的应力、位移和超孔隙水压力解答.利用Laplace数值逆 变换在时间域中得到瞬时、移动等响应模式条件下的数值结果，并讨论了衬砌和土体的相对刚度对隧洞动力响应的影响. 结果表明：不同模式下隧洞的应力、位移和孔隙水压力响应有很大差异，且随相对刚度的增大而减小.