变荷载下饱和土一维热固结解析理论

基于渗流理论、热弹性理论和饱和土固结理论,通过建立数学模型,采用解析方法研究了变荷载下饱和土的一维热固结问题.利用偏微分方程理论中的冲量定理,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并由此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制了计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的解进行比较.结果表明,加载时间、温度增量、热传导速率等对土体热固结性状有重要影响;受温度影响,热固结中的超静孔压消散速度加快、地基沉降减小;按沉降定义和按孔压定义的地基平均固结度是不同的.     

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明：由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.     

黏弹性土中半透水管桩沉桩后孔压消散解析解

研究了黏弹性土中管桩沉桩后的固结问题.将土视为适合Mechant模型的黏弹性材料,在弹性解答的基础上,根据对应性原理,经拉普拉斯变换、弹性参数代换和拉普拉斯逆变换等手段得出黏弹性问题的控制方程.通过分离变量法对本征值问题进行求解,在求解过程中考虑了管桩桩体的可渗透性,认为桩体为半渗透材料,给出混凝土管桩沉桩后桩周土中超静孔隙水压力消散的解析解,分析了孔压消散的因素影响.结果表明,土的黏弹性对孔压消散有明显影响,土的黏滞系数越大,超静孔压消散越快;在土的渗透性较小时桩身渗透对孔压消散有较大影响.     

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.     

考虑井阻变化的真空预压竖井地基固结解研究

针对竖井地基固结问题,考虑井阻随时间变化、土体径向渗流和真空预压等因素的影响,建立数学计算模型。采用解析解法推导出考虑井阻随时间变化的真空预压竖井地基固结问题的解析解,并将其与董志良真空预压竖井固结解对比,验证了该解析解的正确性和合理性。基于此解编制计算程序,绘制了考虑各因素影响的竖井地基固结曲线。研究表明:井阻变化对平均孔压和平均固结度会产生较大影响;井径比对固结度有一定影响但不明显;未扰动区与扰动区的土体径向渗透系数之比对固结度的影响比较明显;真空度越大,土体孔压随土体深度增大而消散的速率越小。     

考虑Hansbo渗流时施工荷载下饱和黏土的一维固结

引入Hansbo渗流方程描述非Darcy渗流,考虑施工过程中荷载随时间的变化,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并用有限体积法进行数值计算,讨论Hansbo渗流参数和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明:Hansbo渗流加剧了施工期孔压的累积,延缓了竣工后孔压的消散,地基的固结速度随Hansbo渗流参数增大而变慢,而施工速度仅对施工期和竣工初期的地基固结影响显著.     

次固结系数对准超固结土固结特性的影响

为了分析准超固结土固结特性受次固结系数影响的规律,采用消元法把用孔压和应变表示的一维Yin Graham等效时间流变固结方程组简化为一个用孔压表示的一元偏微分方程.采用该一元偏微分方程,通过差分数值方法,对自然界普遍存在的预固结软土地基的固结特性进行数值分析.结果表明：当软土地基的预固结绝对等效时间较大时,在软基固结前期存在次固结系数越大、孔压消散越快、固结度越大这一与直觉相反的固结现象.对这一现象产生的物理根源进行定性分析,证明这一现象与以往基于Yin Graham等效时间流变模型定性得出的预固结土在固结前期存在次固结系数越大、固结度越大的研究结论相吻合.     

考虑结构应力的粘土一维非线性固结分析

考虑结构性粘土的结构应力比以及施工荷载分级加载情况,建立了考虑结构应力比的天然饱和软粘土一维非线性固结控制方程,采用Crank-Nicolson有限差分格式对固结方程进行了求解,并与不考虑结构应力比的一维线性和非线性固结结果进行了比较分析,最后针对不同η/c比值分析了天然饱和软粘土的一维非线性固结性状.研究表明,非线性参数η/c对固结速率有较大影响,η/c值越小孔压消散越快,固结速率越大.在固结初始阶段不考虑结构应力比的线性与非线性固结计算结果比较接近,随着固结的发展,不考虑结构应力比的非线性固结由于未考虑粘土天然结构应力的存在高估了土体非线性的影响,而考虑结构应力比的非线性固结计算结果更接近于天然粘土的固结性状.     

考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变形,重新推导理想砂井地基固结方程,给出隐式有限差分法求解的离散格式,并编制相应的Fortran计算程序.通过与已有砂井地基非线性固结解析解的对比,证明了求解方法的有效性.随后,探讨UH模型参数及Hansbo渗流参数对砂井地基弹黏塑性固结的影响规律.结果表明:土体主、次固结耦合机制是引起固结初期超孔隙水压力升高的主要原因,而且土体的黏滞性和渗流的非达西特性延缓了固结中后期砂井地基中孔隙水压力的整体消散.另外,在流变固结后期,增大渗透指数将加快固结进程.     

变荷载下成层地基一维非线性固结分析

首次将e—log10σ′和e—log10kv关系引入了成层地基一维非线性固结问题的研究之中，建立了能综合考虑荷载、土的成层性和自重等因素影响的固结控制方程，基于半解析法，采用Fortran语言编制了相应的计算程序NAODCLS，并利用该程序分析了变荷载下成层地基一维非线性固结的性状，结果表明，在成层地基非线性固结过程中，超孔压消散速率和沉降发展速率是不一致的；与将土层自重应力取为常值的作法相比，当考虑自重应力沿深度实际分布时，地基固结加快，而沉降量则增大。     

高饱和度土的一维连续方程及其固结分析

为了解决高饱和度土的连续性条件表述的复杂性并由此建立相应的固结方程,从质量守恒的角度,避免了非饱和土中气相体积难以确定的困难,建立了土体的一维连续方程。假设Terzaghi有效应力原理依然适用于高饱和度土,推导了一维固结方程。在Terzaghi一维固结的假设基础上,再假设固结过程中饱和度为常数,求解了解析解。然后分析了高饱和度土的固结特性。结果表明：1）高饱和度固结方程与Terzaghi的一维固结方程形式完全一致,但是固结系数不同;2）因初始瞬时变形,初期固结度与饱和土的差别较大,随后差值减小;当时间因子等于1时,高饱和度土的固结度与饱和土基本相同;3）高饱和度土的固结完成时间与相应饱和土相比较,要延长;饱和度越小,土体的压缩性越小,其固结完成时间比越大。     

衰减源作用下固结压力及吸附参数对污染物运移规律的影响

固结变形会导致粘土防渗层的结构特性和渗透特性发生改变,影响渗流场和浓度场的分布,进而影响污染物在防渗层中的运移规律.在比奥固结理论的基础上,考虑线性吸附模式,研究了污染物在小变形土体中的运移规律,分析了衰减源作用下,固结压力与线性吸附系数对污染物运移过程的影响.结果表明,与不考虑固结作用相比,固结作用延迟了污染物的运移,使得污染物运移深度减小,并且随着团结压力的增大,固结作用对污染物运移的延迟作用逐渐增强;在线性吸附模式情况下,污染物运移深度减小率随着吸附系数的减小逐渐增大,说明固结作用对污染物运移的延迟作用随着吸附系数的减小而越来越凸显.     

成层软黏土地基一维电渗固结理论研究

针对成层软黏土地基电渗固结问题研究甚少。在Esrig一维固结理论的基础上,利用分层法结合差分法计算得出曲线模拟方程,并且建立了成层软黏土电渗固结理论,从而获得了孔压解析解,同时将双层软黏土的孔压值与在Esrig的固结理论下的各单层土的形成对比,得出了在距离阴极前半段内,成层土孔压变化趋势与第一层土相比偏慢,在距离阴极后半段内,成层土孔压变化趋势与第二层土相比偏快．最后通过分层法和平均法得出孔压的比较．进而得出了在工程实践中可以采用平均法来替代分层法的结论．     

饱和软黏土不同固结程度下的抗剪强度特性研究

为了研究饱和软黏土在不同固结度下的抗剪强度特性,利用应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪开展饱和软黏土不同固结程度下的三轴剪切试验研究,对不同围压下不同固结度对土体孔压增量和抗剪强度的影响进行了分析。结果表明:在部分固结不排水剪切试验中,试样的剪前固结程度越低、剪前孔压越大,则剪切引起的孔压增量越小,但总孔压却是越大,不排水强度低。通过归一化,得到了孔压增量和固结度之间的相关关系。     

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。     

南宁膨胀土考虑固结与蠕变耦合的变形特性研究

针对广西南宁膨胀土进行固结与蠕变耦合试验研究,探讨了非饱和膨胀土固结与蠕变变形特性,并且得到了对数形式的考虑固结与蠕变耦合的方程,拟合曲线与实测曲线较为吻合.考虑固结效应的蠕变方程比用流变模型得到的蠕变方程更符合膨胀土的实际情况,研究成果为分析膨胀土提供了新的理论方法.     

层状地基一维固结数值方法与应用

本文采用数值方法，求解层状地基考虑施工荷载变化的固结微分方程，通过计算，揭示了成层地基的固结特性，说明考虑实际土层分布的必要，为工程中求解一维固结问题提供简便可靠的计算方法。