飞机荷载作用下超载预压软土地基的长期沉降

为了研究超载预压地基在飞机荷载作用下的长期沉降,通过对温州淤泥质黏土进行室内循环三轴试验,建立饱和软黏土的累积塑性应变模型和累积孔压模型.利用层状弹性理论计算地基中的动偏应力,结合已建立的经验模型得到在交通荷载作用下软土地基的累积塑性应变和孔压消散应变.采用分层总和法计算飞机荷载作用下温州机场跑道超载预压地基的长期累积沉降,将计算沉降值与实测沉降值进行对比,验证了饱和超固结土不排水累积塑性应变模型和累积孔压模型的合理性.     

流变对饱和黏土一维非达西渗流固结的影响

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,并采用Hanso渗流方程代替达西定律,推导了一维流变固结方程,然后引入有限体积法进行了数值计算,探讨了考虑流变效应时此类土固结的规律.计算结果表明,和非达西渗流影响类似,流变效应延缓了黏土层中孔压的整体消散速度;而且考虑流变效应时,出现了类似曼德尔效应的现象,即在固结的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高.计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程.     

考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解

软黏土中渗流存在的起始水力坡降会对固结性状有重要影响已逐渐被认识。但能同时考虑起始水力坡降及软黏土流变特性的固结理论仍鲜见报道,对其解析解的研究更为罕见。针对现有理论的不足,考虑软黏土中渗流存在的起始水力坡降及黏性土的流变特性,基于太沙基1维固结理论建立其控制方程,应用拉普拉斯变换获得其解析解。目前存在的考虑起始水力坡降的线性固结解析解和达西定律下考虑流变模型的固结解析解均是本文解的特例,且本文所得解析解与相应差分解的计算结果十分相近。基于该解析解着重分析了起始水力坡降和不同流变模型对固结性状的影响。结果表明:考虑软黏土流变特性后,起始水力坡降(i0)、土层厚度(H)与外荷载(q0)的比值(R)对固结性状的影响并未发生明显改变;R值越大,移动边界到达土层底面所需时间越长,相同时刻土中残留的超静孔压值越大,土层平均固结度越小。考虑流变特性后,移动边界到达土层底面的条件发生改变。如果流变模型参数取值相同,不同流变模型下软黏土固结初期超静孔压消散曲线基本重合,移动边界随时间的下移曲线亦基本重合;固结后期超静孔压消散曲线虽略有差异,但其对计算结果影响甚微,可忽略。     

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.     

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．     

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。     

层状粘弹性地基一维固结特性

采用Merchant流变模型模拟土体的粘弹性,针对层状黏弹性地基一维固结偏微分方程,利用Galerkin加权残值方法推导了该问题有限元矩阵表达式.将求解方法编制成应用程序,通过单层黏弹性地基和双层线弹性一维固结问题解答与解析解答对比,验证了求解方法和程序的有效性.采用程序对三层黏弹地基一维固结问题进行了算例分析,研究了处于不同深度处土层在不同时刻受土体粘滞性影响程度,以及粘弹性参数η1对土体孔压消散的影响.分析结果表明,黏滞性土体孔压消散慢于线弹性土体,且随着时间的增加和土层距离排水面距离的增加,这种现象更明显,在土层固结度达到80％～90％时两者差异达到最大值.粘弹性参数η1越大,粘滞性土体与线弹性土体固结度差异越大,且对土体的固结度影响也越提前.     

单桩复合地基固结性状有限元分析

在编制并验证Biot固结有限元(FEM)程序的基础上,对单桩复合地基固结进行了有限元分析,并比较了强排水桩复合地基和弱排水桩复合地基的固结性状.对于强排水桩复合地基:渗流以径向为主;是否考虑应力集中对平均固结度影响甚微,但对地基浅层孔压分布产生较大影响.对于弱排水桩复合地基:渗流以竖向为主;无论考虑应力集中与否,孔压分布和天然地基相比在深度方向梯度更大,由此形成的应力差更利于孔压向透水面的消散,从而加速了地基的固结.     

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.     

基于蠕变试验下的海相黏性土蠕变模型研究

为了研究海相黏性土的蠕变规律,采用三轴流变仪,在变动围压与分级加载下,对某大型人工岛下不同深度处海相黏性土原状样进行了三轴固结排水蠕变试验。基于耦合Adachi-Oka模型与Biot固结理论控制方程的推导,编写了二维有限元计算程序CFEM 2D。由常规试验结果,给出不同土层海相黏性土的Adachi-Oka模型参数,采用上述程序对蠕变试验进行了数值模拟,得出Adachi-Oka模型适用于描述该地区海相黏性土的蠕变特性。在验证模型的基础上,采用程序CFEM 2D对该人工岛深厚黏性土地基的长期沉降特性进行了计算,计算结果表明,在荷载施加初期,人工岛沉降速率较大。100年时,超孔压已基本消散完成,地表沉降量达到了88.5cm。通过与分层总和法结果的对比得出,二者误差约为2.5%,表明数值计算结果具有一定的精度,从而验证了计算程序的可靠性。