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。     

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.     

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.     

考虑有效应力的软土固结系数变化规律

在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上, 推导出固结系数和有效应力的表达式, 通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律, 同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加, 考虑固结系数变化的软土地基固结速率, 相对于太沙基固结理论预测的固结速率, 会在一定程度上加快 (压缩指数C_c与渗透指数C_k的比值C_c/C_k<1) 或减缓 (C_c/C_k>1) 土体的固结, C_c/C_k=1时, 与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系, 达到了很好的拟合效果, 此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障, 能较准确预估软土地基的变形速率.     

修正Terzaghi理论在吹填土固结计算中的应用

经典Terzaghi一维固结理论在小变形线弹性固结沉降计算中广泛应用,固结系数、压缩性、渗透性等固结参数保持为常量,但直接应用于沉降量超过50%的吹填土固结沉降会引起不可忽视的坐标误差,导致较大的预测误差,存在应用上的局限性。修正Terzaghi理论计算方法,根据有限应变理论将吹填土大变形固结沉降分段表达,同时修正应变步长上固结参数,满足经典固结理论中小变形、线弹性假定条件。通过土体渗透系数、体积压缩系数与孔隙比间拟幂次函数关系表达吹填土体非线性本构关系,固结系数不再保持为常量,而在固结过程连续变化。修正Terzaghi固结理论分段计算方法,在确定沉降应变步长内固结系数为常量,计算相应时间步长,修正土体固结系数及固结参数后进行下一应变步长计算,累加沉降量与时间步长得到土体时间维度上的大变形固结曲线。修正Terzaghi固结理论满足线弹性小变形基本假定,反映出软土固结沉降中非线性特点,计算预测结果与实测值符合良好,将经典一维固结理论推广应用到吹填土大变形固结领域。     

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.     

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。     

不同深度下赤湖软土变形特性分析

为了研究不同深度下的赤湖软土变形及强度规律,通过采用固结试验及常规三轴试验,来分析赤湖软土的固结曲线及固结系数变化规律,同时研究不同深度下的赤湖软土在不同围压下的抗剪强度,并获得了应用较为广泛的邓肯-张模型参数;通过对两者试验结果进行分析,得到在不同深度下赤湖软土参数的变化规律及特点:软土在压缩过程中,随着软土深度及荷载的增大,软土的渗透性降低,而软土的固结程度及固结系数增大,但主次固结分界线并不明显;软土深度对邓肯-张模型参数也有一定的影响,随着软土深度的增加,参数k_b、C与φ随着深度的增大而增大;k随φ近似按指数曲线关系变化,其中k取值在150左右;n取值一般在0.2~1.0之间;其他参数变化规律并不明显。     

天然沉积软黏土渗透系数随应力水平的变化规律

以天然沉积温州软黏土为研究对象,进行了一系列的固结渗透试验,探讨天然沉积土压缩过程中渗透系数的变化规律。研究结果表明:天然沉积土由于沉积过程中受到土结构性的影响,存在明显的固结屈服压力,当固结压力小于屈服压力时压缩性小,渗透系数变化不明显;当固结压力大于屈服压力后压缩性激剧增大,渗透系数呈现明显的变小趋势,渗透系数与固结压力的关系与压缩曲线一样存在明显的拐点。基于ln(1+e)与lgσv’以及ln(1+e)与lg kv所呈的双对数坐标系下的线性化分析,提出了压缩过程中渗透系数随应力水平变化的相关关系式。     

沉桩挤土效应的软土微结构时效特征

目的 研究压桩时桩周软土的微观结构变化规律,揭示静压沉桩挤土效应的实质及其随时间的变化特征.方法 采用水平向压缩试验模拟静压桩挤土过程,将微结构的变化过程划分为两个阶段,即前期振荡阶段和后期趋稳阶段,借助扫描电镜记录挤土过程中软土微观结构变化进行土的微观结构定量参数分析.结果 得出软土微结构在压缩固结过程中随时间的变化规律.在前期阶段,从沉桩开始到1～2 h,桩周土体各项微结构指标变化复杂而剧烈,超静孔隙水压极高,在横向挤压力的作用下很容易发生变形和位移,土体应力传递速度快,挤土效应极为显著.而后期阶段,孔隙水压力已大幅度消散,土结构调整进入相对稳定的变化阶段,这期间再沉相临桩,挤土效应会大大减弱.结论 软土地基沉桩挤土效应具有明显的微结构时效特征.模拟试验结果对实际工程中采取有效措施减少或避免挤土效应具有指导意义.     

软土结构性及结构破损机理

通过对漳州和黄石地区2种结构性软土进行单向与等向压缩试验,根据原状样和重塑样的压缩曲线确定了先期固结压力和结构强度.研究表明,漳州软土结构应力比在1.1~1.2之间,黄石软土在1.2~1.3之间,说明在沉积过程中产生的结构屈服压力与上覆压力基本成正比.结构强度随埋深、试验的加荷间隔、加荷时间的增加而增大;由单向压缩试验曲线得到的结构强度大于等向压缩试验曲线得到的结构强度;卸载再加载过程对结构性强弱影响不大.计算得到漳州软土结构破损系数为17.7%,黄石软土结构破损系数为14%,说明黄石软土结构性略强于漳州软土.从微观角度解释了土的结构破损主要是由颗粒间的连接方式的改变与孔隙变化所引起的.     

不同固结度下软基土的力学特性

采用三轴试验装置进行了不同固结度下的软基土的固结变形、渗透及强度特性的试验研究,得出软基土固结过程中渗透系数、强度特性的变化规律。     

成层Gibson地基半透水边界一维固结解

针对成层Gibson地基模型，研究了半透水边界饱和土层在各种荷载作用下有效应力以及沉降的变化，运用Laplace变换求得了频域内有效应力在任意荷载作用下的解，并结合数值Laplace逆变换，对几种常见的荷载作用下的固结进行了讨论，通过具体算例研究了各土性参数对固结的影响。在实际工程计算中，应根据土层和垫层的具体情况，确定边界条件属于完全透水、半透水或不透水，从而得到更为准确的结果，循环荷载作用下成层Gibson地基固结，其有效应力和变形都呈振荡增长，由于水的存在，两者的变化步调不与荷载同步，这一点与弹性单相介质在循环荷载作用下的规律不同，对于双面排水地基，靠近土层上下表面处应力振荡幅值较大，滞后时间较小；本文计算模型中假设压缩模量只随深度变化，不随时间变化，因此有效应力及变形振荡较大，而实际工程中，由于压缩模量随加载过程的顺延有增长趋势，故可以想像随时间增长，时间有效应力和变形的振荡幅度将减小。     

软土的一维非线性固结计算参数及其测定

基于e-lg p和e-lg kv的非线性经验公式,建立了能综合考虑土的压缩性和渗透性在固结过程中呈非线性变化、荷载变化和自重等复杂因素的一维非线性固结控制方程,总结出５个一维非线性固结计算参数.针对国内传统固结渗透试验设备的缺陷和试验方法上受缚于太沙基一维线性固结理论,介绍了GDS先进固结仪的硬件组成和软件系统GDSLAB v2,强调了本套试验设备在测定软土非线性固结计算参数的优势.根据对萧山软土的试验数据分析,详细列出了基于GDS先进固结仪的一维非线性固结计算参数的测定结果,证明了软土固结过程中压缩性和渗透性随固结压力非线性变化的特性.     

高速公路软土地基沉降的FLAC3D数值模拟

根据京津塘高速公路工程地质条件和处理方法建立模型，运用现场试验所获得的参数和FLAC^3D程序对软土地基的变形进行了数值模拟，对地基沉降，尤其是路基表面沉降进行了分析．为了缩短沉降固结的计算时间，采用等效渗透系数，模拟结果与实际基本一致．     

基于非线性渗流的大变形固结有限元分析

为了研究土体在非线性渗流下的固结效应,基于大变形固结理论,考虑非线性渗流(耦合非Darcy渗流与变渗透系数)作用,建立了二维固结控制方程与有限元方程。采用自编程序对某一黏性土体的固结过程进行了计算。通过大量变动参数的计算与分析,探讨了非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的影响。计算结果表明:与Darcy渗流相比,非Darcy渗流下的沉降小,超孔压消散缓慢,具有延迟效应。其中,非Darcy渗流试验常数m影响较大,线性渗流起始水力梯度iL影响较小。渗透系数变化对固结的影响与非Darcy渗流相似,压缩指数与渗透系数指数比值αc的影响较大。在非Darcy渗流与渗透系数随固结变化的耦合作用下,沉降显著减小,超孔压消散趋于缓慢,延迟效应更为明显。     

固结条件下上海软土微观特征研究

为探讨上海软土固结过程中微结构变化机理,运用高分辨率场发射扫描电镜对上海第四层软土单轴固结过程中不同固结压力水平下的土样进行试验。结果表明:固结加载初期,随着固结压力的增大,软土孔隙比显著下降,土体密实度增大;平均形状系数初期显著增大,孔隙圆滑程度明显上升;孔隙概率熵显著下降,孔隙排列的定向性及有序性增强。固结加载后期,土的微观结构参数随固结压力的变化逐渐趋于平缓。在固结压力的作用下,孔隙的尺度、形态、排列等微观特征显著改变,且微观结构参数能较好地反应宏观力学性能。     

一维固结理论中固结系数的试验分析

利用长安大学改装的K0固结仪,对原状土样与重塑土样进行了固结渗透试验,根据试验所得到的数据,分别对2种土体的变形与渗透特性进行了分析,并结合太沙基一维固结理论,得到了固结系数的确定方法;在此基础上,对固结系数的变化进行了非线性分析,揭示了固结系数在固结过程中的变化规律及土体结构性对它的影响,这对准确计算地基土体的固结沉降有指导作用。     

桂林市区地基土的超固结性质

从桂林市区一些地段的原状结构土、重型土、含不同量可溶盐的土及重塑土静置一段时间后的高压固结试验结果出发,据垂向应力与水平应力的关系曲线,将桂林市一些地段的地基粘性土区分为假超固结土与似超固结土。在超过压密屈服压力时,在土的饱和、溶滤、淋滤作用下,假超固结土可能产生骤增的变形,影响工程建筑的安全使用。     

湖相淤泥质软土固结系数确定方法的研究

采用有限的孔隙水压力监测数据,反演计算了土体固结系数,对比了反算的压缩模量与室内试验值。结果表明:针对深厚湖相淤泥质软土固结系数的求取,使用已有的计算固结系数的指数函数配合法是合理的;针对深厚湖相淤泥质软土径向固结系数ch的求取,cv/ch的假设比值的影响不大;固结速率在加载初期较快,随着时间的推移,固结速率逐渐减小,并趋于稳定。