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。     

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.     

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．     

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.     

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。     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

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.     

双层地基一维固结的空间概率特性

采用以变形定义的双层地基一维固结的计算模式,将竖向固结系数作为不确定性变量,当其服从Gamma分布时,推导了双层地基一维固结的平均固结度均值和方差的计算公式.针对竖向固结系数的不同变异系数,考虑其自相关性对固结的影响.结果表明,固结系数的自相关性对平均固结度的影响程度,随着自相关距离的增大而减小.     

连续排水边界下成层地基一维非线性固结解析解（英文）

为了研究边界排水时间效应对固结过程的影响,引入连续排水边界研究成层地基一维非线性固结问题。通过引入孔隙比与有效应力之间的非线性关系,建立了瞬时荷载作用下成层地基固结问题的控制方程,进而获得按沉降定义和按超静孔隙水压力定义的平均固结度以及成层地基沉降的解析解。通过与有限差分解析解对比以及现有解析解对比验证了所得解析解的正确性。基于所得解,通过详细的参数分析研究了成层地基一维非线性固结特性。结果表明,排水界面参数对成层地基的固结性状有很大影响,固结速率随界面参数的增大而增大。在连续排水边界条件下,按沉降定义的平均固结度随有效应力比的增大而增大,而按超静孔隙水压力定义的平均固结度随有效应力比的增大而减小。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1维固结方程;利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基1维电渗固结解析解;通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

One-dimensional consolidation of double-layered soil with non-Darcian flow described by exponent and threshold gradient

Based on non-Darcian flow law described by exponent and threshold gradient within a double-layered soil, the classic theory of one-dimensional consolidation of double-layered soil was modified to consider the change of vertical total stress with depth and time together. Because of the complexity of governing equations, the numerical solutions were obtained in detail by finite difference method. Then, the numerical solutions were compared with the analytical solutions in condition that non-Darcian flow law was degenerated to Dary’s law, and the comparison results show that numerical solutions are reliable. Finally, consolidation behavior of double-layered soil with different parameters was analyzed, and the results show that the consolidation rate of double-layered soil decreases with increasing the value of exponent and threshold of non-Darcian flow, and the exponent and threshold gradient of the first soil layer greatly influence the consolidation rate of double-layered soil. The larger the ratio of the equivalent water head of external load to the total thickness of double-layered soil, the larger the rate of the consolidation, and the similitude relationship in classical consolidation theory of double-layered soil is not satisfied. The other consolidation behavior of double-layered soil with non-Darcian flow is the same as that with Darcy’s law.     

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。     

低掺量水泥固化土的力学特性及微观结构

针对某滩涂淤泥,开展不同淤泥初始水的质量分数、不同水泥掺量的固化土无侧限抗压强度试验、一维压缩试验以及扫描电镜试验,研究低掺量水泥固化土的力学特性与微观结构特征,探讨其与常规掺量固化土的差异. 结果表明：分界水泥掺量、最低水泥掺量与淤泥初始水的质量分数的线性关系明显;与常规掺量固化土相比,低掺量固化土的强度增长明显较慢,压缩性降低较少;固结屈服应力随水泥掺量增加而增大,在较低掺量区,固结屈服应力与水泥掺量具有非线性关系;低掺量固化土屈服前、后的孔隙形态特征以及孔隙排列特征差异较大,当固结压力小于固结屈服应力时,孔隙未呈现出明显的定向性且排列较为混乱,当固结压力大于固结屈服应力时,随着荷载的增加,孔隙形状变得圆滑,复杂程度降低,孔隙排列逐渐趋向于有序.     

Consolidation analysis of composite foundation with partially penetrated cement fly-ash gravel(CFG) piles under changing permeable boundary conditions

Based on the double-layered foundation theory, the composite ground with partially penetrated cement fly-ash gravel(CFG) piles was regarded as a double-layered foundation including the surface reinforced area and the underlying untreated stratum. Due to the changing permeability property of CFG piles, the whole consolidation process of the composite ground with CFG piles was divided into two stages, i.e., the early stage(permeable CFG pile bodies) and the later stage(impermeable pile bodies). Then, the consolidation equation of the composite foundation with CFG piles was established by using the Terzaghi one-dimensional consolidation theory. Consequently, the unified formula to calculate the excess pore water pressure was derived with the specific solutions for the consolidation degree of composite ground, reinforced area and underlying stratum under instant load obtained respectively. Finally, combined with a numerical example, influencing rules by main factors(including the replacement rate m, the treatment depth h1, the permeability coefficient Ks1, Kv2 and compression modulus Es1, Es2 of reinforced area and underlying stratum) on the consolidation property of composite ground with CFG piles were discussed in detail. The result shows that the consolidation velocity of underlying stratum is slower than that of the reinforced area. However, the consolidation velocity of underlying stratum is slow at first then fast as a result of the transferring of effective stress to the underlying stratum during the dissipating process of excess pore water pressure.     

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.