层状土中污染物的一维扩散解析解

扩散是污染物在填埋场细颗粒土质衬里中迁移的主要方式,同时土质衬里存在着成层的情形。在建立了污染物在层状土中的一维扩散模型的基础上,通过分离变量法得到了解析解。基于该解析解,编制了相应的计算程序。通过与有限差分法对比,证明了该解析解的正确性及有效性。算例分析了不同衬里的放置顺序对污染物扩散的影响,虽然两种情况下土层的浓度剖面不同,但两者的击穿曲线是一致的。该解析解可用于对试验数据的拟合、对复杂数值模型的检验以及为垃圾填埋场衬里系统的初步设计提供参考。     

多层地基Terzaghi一维固结解

分析了传统Terzaghi一维固结方程的求解方法的缺点及局限性,提出了结合传递矩阵的分析技术来求解多层地基Terzaghi一维固结问题的方法。运用Laplace变换法求解Terzaghi一维固结方程,得到了单层地基的初参数解及传递矩阵,然后用传递矩阵法推导出多层地基Terzaghi一维固结问题理论解答,并就单层固结与多层固结分析进行了相应的数值计算,得到了简明的解析解。结果表明:提出的计算方法计算工作量小,精度高,适于工程应用。     

双层非饱和土地基一维固结半解析解

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界条件下超孔隙压力和沉降在Laplace域内的解;并利用Crump数值方法实现Laplace逆变换,最终得到时间域内双层非饱和土地基一维固结的半解析解。通过与已有文献和有限差分解的结果比较,验证了所得半解析解的有效性。基于得到的解答,结合算例考察了不同层间渗透系数比下,双层非饱和土地基中超孔隙压力的分布规律;并通过参数分析讨论了土层厚度比和层间渗透系数比对双层非饱和土地基沉降的影响。     

污染物离子在粘土介质中扩散系数和分配系数的测定(英文)

介绍了利用一种自制的特殊装置,测定污染物离子在粘土介质中迁移的扩散参数D和分配系数Kd的方法。通过一系列污染物在上海粘土中的纯扩散迁移试验,系统中污染物的质量不变,源浓度随试验的进行是下降的,运用一个简单的理论模型,通过拉普拉撕(Laplace)变换方法,对一个单独的试验,可同时推断出扩散系数和分配系数。通过拉普拉撕转换程序求出了阴离子(Cl-)和阳离子(K+,Ca2+,Zn2+,Cu2+)的扩散系数D和分配系数Kd。试验结果发现:阴离子在粘性土壤中的显扩散系数比阳离子的大;一价阳离子K+的显扩散系数比二价阳离子的大。     

降雨条件下非饱和土中污染物迁移的数值模拟

利用溶质传递方程与非饱和土非稳态渗流方程联立耦合,建立了非饱和土污染物迁移模型.采用有限元数值分析的方法,模拟了土体非饱和带中污染物在降雨条件下的迁移过程,研究了无降雨、连续降雨和间断降雨条件下土体非饱和带中孔隙水压力和含水量变化以及污染物的迁移规律.研究结果表明,非饱和带污染物浓度随着时间增加逐渐增大,达到峰值后逐渐...     

粘弹性饱和土中球空腔的动力响应

采用工程上通用的饱和土力学模型,考虑土骨架的粘性以及流体与固体之间的耦合作用,利用Laplace变换求解了粘弹性饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解.借助数值Laplace反变换,数值分析了粘弹性饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律.为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值.     

污染物在填埋场底部非饱和土中的一维扩散解析解

为了揭示非饱和状态时污染物在填埋场底部土层中的运移规律,建立了污染物在非饱和土中的扩散模型。模型考虑了零浓度和零通量等下边界条件。在假设土层体积含水量随深度线性分布的基础上,利用分离变量法结合广义正交理论推导了该模型的解析解。解析解计算结果和有限元软件COMSOL Multiphysics 4.2的计算结果符合很好,并可退化到稳态解。100年时非饱和土底端污染物通量为91 g/ha/a,是孔隙度0.3时饱和土底端通量(63 g/ha/a)的1.4倍,是孔隙度0.6时通量(126 g/ha/a)的0.7倍。当土层上下端总体积含水量一定时,同一时刻土层底部污染物相对浓度随顶端含水量增大而减小;土层底部污染物通量变化则很小。本文解析解可用于复杂数值模型的检验,实验数据的拟合和填埋场防渗系统的初步设计等。     

复合土钉支护的设计和应用实例

以一临近人防通道复杂条件下复合土钉支护的设计为背景 ,介绍了复合土钉支护技术的概念和设计以及采用国际通用岩土工程分析软件FLAC对复合土钉支护进行的土钉内力和支护变形的分析结果 ,并和现场实测结果进行了比较。通过实测数据与理论计算值、数值模拟值的对比分析 ,表明土钉实际受力较现有常规计算方法计算出的数值明显要低 ,而略大于FLAC数值模拟结果 ,探讨了现有计算方法的不足 ,证明了在复杂条件下的复合土钉支护用FLAC软件进行支护的变形、内力分析和支护的优化设计 ,可得到很好的效果。     

特殊基坑支护的设计和应用

以一临近人防通道复杂条件下复合土钉支护的设计为背景,介绍了复合土钉支护技术的概念和设计以及采用国际通用岩土工程分析软件FLAC对复合土钉支护进行的土钉内力和支护变形的分析结果,并和现场实测结果进行了比较。通过实测数据与理论计算值、数值模拟值的对比分析,表明土钉实际受力较现有常规计算方法计算出的数值明显要低,而略大于FLAC数值模拟结果,探讨了现有计算方法的不足,证明了在复杂条件下的复合土钉支护用FLAC软件进行支护的变形、内力分析和支护的优化设计,可得到很好的效果。     

考虑对流-弥散效应的污染物溶质运移模型及解析解

基于饱和多孔介质反应溶质运移的对流-弥散方程,同时考虑了污染物中放射性核素进入地下水系统时的衰变。根据下边界质量浓度为零,得出该模型的解析解,编译了相应的计算程序进行求解。通过算例分析,得出了在污染物扩散问题上应考虑渗透速度的合理性和重要性。有效地将原先运用情况单一的对流-弥散方程拓展到了复杂的、敏感性强的有机污染物扩散条件下,为水文地质和环境工程中与污染物扩散相关的流体流动问题的求解提供了新的解答。     

弹性准饱和土中球空腔的动力响应

采用工程上通用的土力学模型,考虑饱和度对球空腔动力响应的影响,利用Laplace变换求解了弹性准饱和土中球空腔的动力响应问题,得到了变换域内的解析解。借助数值Laplace反变换,数值分析了弹性准饱和土中球空腔动力响应的位移、应力及孔压的变化规律。为分析地下结构动力响应提供了一种有效的方法,模型符合工程实际,有一定的工程应用价值。     

层状地基中隧道开挖对临近既有隧道的影响分析

首次采用弹性层状半空间地基模型,建立了多层地基中隧道开挖对临近既有隧道影响的连续弹性分析方法,改变了过去采用简化分析方法仅能在均质地基中求解此类工程问题的状况。首先,采用Laplace积分变换得到了直角坐标系下单层地基应力和位移的初始函数,在此基础上,运用矩阵递推技术,给出了竖向荷载作用下层状地基中应力和位移的解析表达式并将其作为分析该问题的基本解。然后,采用弹性层状半空间地基模型将既有隧道视为Euler-Bernoulli梁,地基土体连续位移采用弹性层状半空间体系的基本解进行计算,并引入临近隧道开挖引起的土体自由位移场影响建立该问题的连续弹性求解方程,从而可以求得隧道纵向位移和内力。最后,结合离心模型试验和有限元数值模拟算例进行分析,验证了本文方法的有效性。此外,为考察地基土成层性对既有隧道性状的影响,还对几种典型层状地基中的隧道进行了参数分析。成果可为合理制定地下工程施工对临近既有隧道的保护措施提供一定的依据。     

Three-dimensional steady-state ground heat transfer for multi-zone buildings

A closed-form analytical solution is presented for steady-state ground heat transfer from buildings with multiple rectangular floors at different temperatures. The heat transfer results obtained using the analytical solution were found to be in close agreement with those obtained using a commercial numerical simulation software package for a two-zone building. For the case study, the ground heat transfer calculation using the analytical solution is several orders faster than the numerical simulation method. The analytical solution provides a fast and accurate calculation method for the steady-state ground heat transfer components for multi-zone buildings.     

大面积堆载作用下轴向受力隔离桩的承载机制分析

 为分析大面积堆载作用下轴向受荷隔离桩的被动受力特性,首先从布辛奈斯克(Boussinesq)改进解出发,推导出各种形式堆载作用下水平附加压力的理论计算公式;在此公式基础上,从土体的运动和应力的传递方式入手,对考虑土拱效应的局部塑性变形理论进行改进,从而得到合理的隔离桩桩身被动荷载分布;最后,根据考虑土体局部塑性屈服及轴向荷载重力二阶效应影响的三参数Winkler弹性地基梁模型,建立桩身弹性段与塑性段的微分方程组,求解过程中采用矩阵传递法结合Laplace正逆变换的方法解得隔离桩桩身被动受力特性的数值解,并用试验数据进行验证。结果表明,数值解与模型试验实测值吻合较好,本研究中关于被动桩的求解方法具有较高的应用与参考价值。     

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。     

考虑非线性吸附时污染物在半无限黏土中的一维扩散解

在考虑分段吸附等温模式的基础上,建立了污染物在黏土中的一维扩散模型。并得到了简化求解条件下的解析解。模型引入了移动边界以说明当污染物在黏土孔隙水中的浓度达到某一较高值后,阻滞因子将发生显著变化。通过该解分析了黏土颗粒对污染物的这种非线性吸附特征对其在黏土中扩散的影响。算例分析表明本文解得到的计算结果介于不考虑吸附情形和考虑线性吸附情形得到的结果之间。对于文中算例,考虑线性等温线得到的污染物击穿时间为按本文解得到的击穿时间的2.2倍。因此,在浓度较大时,采用线性吸附等温模线会得到偏不安全的结果。该解相对较简单,并可用于验证各种数值模型,拟合试验数据等。     

A simple solution for prefabricated vertical drain with surcharge preloading combined with vacuum consolidation

Prefabricated vertical drains (PVDs) with the surcharge preloading and vacuum consolidation has become considerably popular for ground improvement projects. A simple solution that incorporates the fundamental embankment features, such as the average degree of consolidation and excess pore pressure, are essential for the design of soft ground improvements by PVDs with vacuum preloading. However, most of the solutions for vertical drains with vacuum consolidation require numerical simulations, whose implementation tends to be laborious. In contrast, a simple solution for vacuum consolidation under time-dependent loading has not yet been proposed. In this study, a simple solution that can be easily incorporated into a conventional spreadsheet is derived for PVDs with vacuum preloading by applying the Laplace transform technique. The proposed solution accounts for several actual construction conditions, such as initial surcharge load, vacuum pump trial period, variations of radial permeability, and time-dependent loading. The results obtained from this proposed approach were validated with those from the finite element method and field data from the case study of the Cai Mep International Terminal project in southern Vietnam. The derived solutions, including the excess pore pressures and average degrees of consolidation, were in good agreement with the predicted and observed data.