考虑自重影响的饱和土体一维复杂非线性固结研究

根据宁波软土室内压缩试验数据,得到渗透系数及有效应力与孔隙比的非线性关系.考虑土体自重影响,采用以孔隙比为控制变量的一维大变形固结方程,应用偏微分有限元软件FLEXPDE,研究了不同压缩指数与渗透指数比值下土体有效应力和超静孔压在固结过程中沿深度的分布规律.试验结果和数值分析表明：考虑土体复杂非线性相对于假定固结系数及其他参数在固结过程中保持不变,计算结果更符合实际.在压缩指数与渗透指数比值不等于1的情况下,两种方法计算结果差别明显.为了真实反映土体固结过程中有效应力和超静孔压的分布,应考虑土体渗透性及压缩性的非线性变化.     

浅谈软土压缩过程中影响固结系数的因素

软土强度低、压缩性高、透水性差,变形很大,而且往往持续很长时间。在工程中,控制软土地基的变形,了解变形与时间的关系,对设计、施工都非常有利。目前在实际工程中,计算变形与时间的关系大多数都是基于太沙基固结理论,其中土的固结系数Cv=k(1+e0)/γwmv,并假定土的参数在压缩过程中是不变的,但是大量的试验结果表明:在固结过程中,渗透系数k和压缩系数mv呈递减趋势,因此固结系数Cv也是变化的。大量的试验研究表明固结系数Cv随着有效应力水平的变化而变化。因此在计算建筑物沉降时,应当将固结系数看成随应力、渗透系数等因素变化的量。所以如何选择合适的固结系数,成为了预测变形速率的关键。     

分层真空预压软土地基一维大变形固结模型及试验研究

基于以有效应力为控制变量的一维大变形固结方程，考虑固结过程中孔隙比及渗透系数随时间的变化，建立了分层真空预压多层软土地基的一维大变形固结分析模型，并利用差分法进行了数值求解.分析表明，分层真空预压软土地基能够大幅提高软土地基的固结速率，软土的初始孔隙比及初始渗透系数对分层真空预压软土地基的固结速率有较大的影响.与模型试验结果的对比表明，该模型较合理地反映了分层真空预压下土体的变形和固结性状.     

考虑渗透系数随时间变化及固结状态影响的一维固结计算

固结系数的不确定性是传统固结理论计算局限性的根本原因,传统固结理论计算忽略了在固结过程中渗透系数k和孔隙比e随固结状态和时间的变化。基于工程常用的5种渗透系数预测模型,结合固结度与侧限压缩量的关系,推导出孔隙比e_t的时间函数,构建渗透系数与时间及固结应力依赖的计算公式。将构建的渗透系数计算式代入固结系数C_v中,同时考虑固结状态、固结应力及时间的影响,对经典Terzaghi一维固结理论进行修正。利用已有的试验数据进行对比,讨论预测公式的适用性。最后通过工程案例计算,与Terzaghi一维固结方程和其他修正固结理论对比,结果表明：当上覆荷载较大时,需要考虑固结系数C_v的变化;同时,对比其他修正固结理论,证明了考虑孔隙比e和渗流系数k随时间变化过程的必要性。     

考虑次压缩时分级超载预压时间的确定方法

采用能够同时考虑主固结和次固结沉降的一维弹黏塑性等效时间线模型,近似采用地基处理规范中推荐的固结度计算公式,建立等速分级加载时预压持续时间与固结度和超载量之间的相互关系式,确定当超载量一定时超载预压的卸载时间.理论分析表明,堆载预压的持续时间不但与固结度、超载比和加载计划有关,而且与初始有效应力和黏塑性指数也有关.算例表明,针对特定的加载方案,受软土地基强度增长规律的影响,超载预压存在最短持续时间.对次固结变形显著的软土地基,按纯主固结理论计算的持续时间过小,考虑次固结沉降后无法满足工后沉降的要求;而按有效应力面积比法计算持续时间时有时会出现固结度大于1.0的错误,应全面考虑主固结和次固结的沉降特性才能合理地确定超载预压的持续时间.     

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.     

真空井点降水联合加固软土地基的试验

为了在实际工程中有效应用加固软土地基,在松花江漫滩地区进行了真空井点降水联合方法试验研究.采用太沙基有效应力原理并结合观测得到的数据,对真空井点降水联合预压加固软土地基的机理及加固有效深度、有效应力的变化问题进行了理论分析.试验结果表明:砂井中的孔隙水压力下降速度较快,土体中的孔隙水压力下降则缓慢.地下水位的降低程度对真空降水预压方法加固效果有很大影响,"水封"作用不利于土体固结.通过真空预压和降水预压,不仅提高地基的固结速度和固结程度,且能提高边坡和地基的稳定性.在松花江沿岸地区或类似工程场地条件下应用真空降水预压方法加固地基是合理有效的.     

基于GDS固结渗透试验吹填土固结系数研究

基于一维大变形固结方程,给出了不同描述方法时大变形固结系数的表达式,采用软黏土渗透系数及有效应力与孔隙比间的半对数线性关系和幂函数关系,探讨了大变形固结系数随孔隙比的变化规律,提出了大变形固结系数随孔隙比变化的条件关系式,并应用于GDS固结渗透试验吹填淤泥固结系数变化特征分析.研究结果表明:1)存在临界孔隙比,将3种定义的大变形固结系数分成不同变化特征的单调区间,利用条件关系式能较好地判断大变形固结系数的变化规律.2)深圳前湾吹填淤泥大变形固结系数随孔隙比的减小变化幅度达1～2个数量级,比小变形固结系数的变化幅度更大,在对吹填淤泥等超软土进行大变形固结计算时,应先明确大变形固结系数的变化规律.     

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。     

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。     

饱和土体一维大变形固结系数研究

本文在一维大变形固结理论研究的基础上,给出了大变形固结系数的定义及其不同描述方法时的具全表达式。     

粗粒料静止侧压力系数及其变形特性试验

土体的静止侧压力系数K0是其重要的力学参数之一,合理地确定土体的K0系数对土工结构应力变形的准确计算有重要的理论意义与实用价值。然而,土体的K0系数的准确测量并不容易,对粗颗粒土则更加困难。目前为止,能研究粗颗粒土K0的试验仪器极少,对K0系数的研究成果相应地也很少,而对粗颗粒土在不同初始孔隙比下K0系数的变化规律的研究几乎空白。为研究粗颗粒土的静止侧压力系数在不同初始孔隙比下的变化规律,研制了一种新型K0试验仪。该仪器既能用于测定粗颗粒土的K0系数,也可用于一般黏土或砂土K0的测定,而且可用于高应力条件。对某级配粗粒料进行了不同初始孔隙比状态下的K0压缩试验。试验粗颗粒土的母岩为似斑花岗岩,其颗粒粒径范围<20mm。试样高度8cm、直径10cm,初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6,试验最大竖向压力为3.7MPa。试验结果表明：对所试验的粗粒料在K0状态下加载时,侧向应力与竖向应力之间呈较好的线性关系,K0为常数。初始孔隙比为0.3、0.4、0.5、0.6时K0范围大致0.3~0.45,孔隙比对K0系数的影响显著;粗粒料的静止侧压力系数随着初始孔隙比的增加而增加,且两者之间近似呈直线关系;不同初始孔隙比条件下,试样的体积应变与平均正应力（或竖向应力）之间可用幂函数拟合,提出了能够反映不同初始孔隙比的粗粒料K0条件下应力应变关系的经验公式。     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分,其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义.基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验,探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响,并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析,得出钙质软泥...     

吹填淤泥自重固结方程的有限差分解

考虑吹填淤泥落淤阶段以自重固结为主,以及自重固结过程中渗透系数及有效应力与体积分数之间的非线性关系,在合理假定条件下,推导了一维自重固结方程.采用Crank-Nicolson型差分格式对方程进行离散,编制了差分数值解程序SFCCP,对落淤后自重固结过程中吹填淤泥孔隙比的变化进行了数值模拟,结果与现场测试结果较为吻合,验证了分析方法的合理性与差分数值解程序的正确性,同时为软基处理前落淤后吹填淤泥的土性参数提供了一种预测方法.     

原状铁尾矿砂渗透特性试验研究

铁尾矿砂渗透特性是影响其坝体稳定性的重要因素之一。而渗透系数是表征其渗透性的重要指标。国内外学者均对渗透系数进行了广泛的研究,分别建立了相应渗透系数的计算公式。但这些公式多适用于粗粒土,其对铁尾矿砂的适用性尚不明确。因此,有必要对现有公式准确性进行验证,并建立适用于铁尾矿砂的渗透系数计算模型。通过室内变水头试验,从FC值、级配、粒径、比表面积和粉粒间孔隙比等多个角度出发,对铁尾矿砂原状样的渗透性质进行了分析。结果表明：原状铁尾矿砂的渗透系数受细粒含量影响明显,细粒含量的阀值在35%左右;应用传统渗透系数计算公式对原状铁尾矿砂渗透系数进行计算,结果并不准确;受细颗粒含量影响,原状铁尾矿砂的渗透系数与不均匀系数Cu、曲率系数Cc、平均粒径、加权平均粒径、体积比表面和粒间孔隙比es之间呈现明显的非线性关系,应用这些参数难以表征细粒含量较大时的渗透系数变化;但是,有效粒径和粉粒间孔隙比与原状铁尾矿砂的渗透系数呈现出了较好的相关性,据此建立铁尾矿砂渗透系数计算公式,其计算结果较为准确。这对陈坑尾矿坝的渗流场分析与稳定性计算具有一定意义。同时,所取尾矿砂试样主要为磁铁矿尾砂,这对类似铁尾砂渗透性计算也有一定借鉴意义。     

滨海吹填土固结蠕变特性试验研究

围海造陆形成的吹填土地基与天然形成地基的工程特性存在诸多差异,为了保证吹填土地基的长期稳定性和安全性,有必要揭示吹填土与天然土工程特性的差异。利用单向固结仪,开展了不同加荷方式下滨海典型软土和围海造陆吹填土的蠕变特性试验对比研究,得到了不同试验条件下土体的应变、应力和时间的关系,对比分析两种软弱土蠕变性状的差异和影响因素,同时给出次固结系数的变化规律。试验结果表明,分级加载下两种滨海软土均具有明显的非线性蠕变特性,高应力水平下经排水加固的吹填土最终变形量明显低于软黏土,而次固结变形较大;吹填土的一维固结蠕变特性受加荷比和试样高度影响,加荷比越大、高度越高土样最终蠕变量越大;次固结系数与加荷比和荷载等级有关,表现为次固结系数随荷载增大先增大后减小,峰值随加荷比增大而减小。