基于非Darcy渗流的饱和黏土一维固结理论

 按Terzaghi饱和黏土一维固结理论得到的固结度理论值有时与实际值之间存在较大的误差,其原因之一是忽略了某些饱和黏土中孔隙水的渗流对Darcy定律的偏离。引入可以同时考虑低速渗流曲线段和较高速渗流直线段的非Darcy渗流方程,重新推导饱和黏土一维固结方程,并采用有限体积法对该方程进行数值求解。与Terzaghi饱和黏土一维固结理论解析解的对比,证明该方法的有效性。在此基础上,探讨非Darcy渗流参数对固结过程的影响。计算结果表明,非Darcy渗流延缓了饱和黏土中孔隙水压力的消散速度,故使得地基的固结速度比Terzaghi一维固结理论值要慢。同时,除固结系数外,综合直线渗流起始水力梯度i1、土层厚度H、地面荷载p0等3个参数的指标I1也是表征饱和黏土渗透固结特性的一个重要指标。最后,讨论Terzaghi一维固结理论的适用范围。     

基于非达西渗流的饱和黏土一维流变固结分析

 为进一步深入探讨饱和黏土的固结机制,引入Merchant流变模型描述其流变固结过程,并同时考虑低速渗流曲线段和较高速渗流直线段的Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西(Darcy)渗流,修正Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并给出有限体积法数值求解格式。通过对比已有的Darcy渗流条件下流变固结方程解析解,证明本文数值方法是有效的。然后探讨Hansbo渗流参数和Merchant流变参数对流变固结过程的影响。计算结果表明,渗流的非Darcy特性和流变效应都延缓饱和黏土中孔隙水压力的整体消散速率和地基的沉降速率,同时考虑这2种特性比单独考虑其中任一种特性时达到同一固结度需要的时间要长。而且,考虑流变效应时按变形定义的固结度要小于按孔隙水压力定义的固结度。     

饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合模型

为研究饱和黏土一维非线性固结与热传导耦合问题,在考虑温度变化对黏土物理力学性质影响基础上,推导得到非线性固结和热传导的控制方程,并建立相应耦合模型,该模型可考虑非线性固结过程与热传导过程的相互作用。随后,采用有限差分法对所建耦合模型进行求解,并通过与COMSOL软件和其他解析解计算结果对比,有效验证了模型的合理性。基于所建耦合模型,利用某一算例分析温度增量ΔT、先期固结压力p_cR和线性加荷时间t_a对固结行为影响。结果发现,温度变化会对非线性固结过程产生多方面影响,ΔT的增大整体上加快了超孔压的消散速率,也增大了沉降速率和最终沉降量;饱和黏土中超孔压的消散速率会随p_cR的增大而加快,但沉降量会随p_cR的增大而减小;t_a的增大会降低饱和黏土中产生的最大超孔压值,也会减慢固结速率。此外,在固结过程中,以沉降定义的固结度U_s小于以孔压定义的固结度U_p。     

基于非Darcy渗流的饱和黏土一维非线性固结分析

在考虑土体变形非线性的基础上,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正饱和黏土一维固结方程,并采用有限差分法对该方程进行求解。通过与Davis和Raymond一维非线性固结理论解析解的对比,证明本文数值方法的有效性。在此基础上,探讨土体非Darcy渗流参数、压缩指数以及地面荷载值对固结过程的影响。计算结果表明,非Darcy渗流延缓饱和黏土中孔隙水压的消散速率和地基沉降速率,且随着压缩指数与渗透指数之比c或非Darcy渗流参数m和i1的增大,孔压消散速率和地基沉降速率都变慢,即不考虑渗流非Darcy特性的固结分析将会高估孔压消散速率和地基沉降速率,而地面荷载对固结进程的影响则与固结时间和压缩指数与渗透指数的比值有关。     

饱和软黏土渗透特性及对一维大变形固结影响

 通过室内渗压试验对广州南沙饱和软黏土在不同固结压力和不同渗透压力下的渗透特性进行系统研究,分析影响土体渗透性的各种加卸荷条件;归纳渗透系数与固结压力、渗透系数与孔隙比的经验关系;揭示了软黏土的渗透规律和渗透破坏特征。在试验成果分析基础上,根据大变形固结理论中以位移为控制变量的物质描述方程,进一步研究初始渗透系数对大变形固结的影响以及在软土地基大变形固结计算中考虑压缩系数和渗透系数的非线性的必要性和合理性。     

饱和黏土地基基础施工后固结沉降分析

以山东省烟台市某多层建筑筏板基础为研究对象,运用现场实测的方法研究饱和黏土在地基基础施工后的固结沉降变化特征。研究结果表明,不同监测点位置饱和黏土固结沉降随着楼层的增高其变化趋势大致相同,均呈非线性单调增加的趋势,饱和黏土的最大固结沉降值为39mm;不同监测点的固结沉降值随深度的变化趋势均大致相同,为非线单调降低趋势,筏板基础以下3.0m最大固结沉降值降低至15mm;在筏板基础中心处的饱和黏土固结沉降最大,距离筏板中心越远,固结沉降值越小。     

循环荷载作用下饱和软粘土非线性一维固结

根据饱和软粘土地基非线性一维固结理论，针对单层饱水地基模型，运用Laplace变换求解了在循环荷载作用下的单层饱水地基一维非线性变形问题；通过Laplace逆变换，即可计算单层饱水地基在循环荷载作用下的非线性一维固结。结合单层地基在几种常见循环荷载作用下固结变形的算例，对解进行了探讨，揭示了循环荷载作用下单层饱和软粘土地基非线性一维固结的特性，得到了一些可用于指导工程实践的有意义的结论。     

考虑自重应力和Hansbo渗流的饱和黏土一维弹黏塑性固结分析

考虑地基土沿深度方向变化的自重应力,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土固结过程中的弹黏塑性变形,同时采用Hansbo渗流方程描述固结过程中的非Darcy渗流,对太沙基饱和黏土一维固结方程进行修正,并给出有限体积法数值求解格式。通过与固结试验结果对比,验证了UH模型的适用性。然后探讨了土体自重应力、黏滞性、Hansbo渗流参数、土层厚度及外荷载大小等因素对弹黏塑性固结过程的影响。结果表明:在加载初期,土体的黏滞效应在地基不排水面附近引起了超静孔压升高的现象,且土体自重应力和Hansbo渗流对此均有增强作用,但是随外荷载的增大,这一现象有所减弱;同时,考虑土体自重应力将延缓加载初期饱和黏土地基中超静孔压的整体消散速率,但加快加载中后期饱和黏土地基的固结速率;并且,随着次固结指数、土层厚度及Hansbo渗流参数的增大,饱和黏土地基中超静孔压整体消散滞后,但增大外荷载却加快了饱和黏土地基的固结速率。     

饱和土体固结变形特征的一种非线性描述

基于非线性假定的固结方程及其标准化形式,给出一个描述饱和土体非线性固结变形特征的实用的理论模型.在假定孔隙比与有效应力关系的基础上,研究土层固结度随时间因素的演化过程,进而分析饱和土体固结变形的内在规律性,指出其与经典Terzaghi渗透固结变形理论的差异.其中,定义了一个表征土体非线性特征的重要参量(,分析该参数的大小以及土层厚度的影响,从而较好地解释和描述不同厚度土层(或不同的排水条件)固结形态的差异性.利用理论分析结果,对一些典型试验结果进行对照分析,说明上述理论的合理性.     

考虑起始水力坡降的超固结土一维非线性固结分析

考虑超固结黏性土中渗流存在的起始水力坡降及变荷载作用,建立超固结土一维非线性固结模型。利用连续条件建立固结模型的控制方程,并采用有限差分法求取该模型的数值解。在此基础上,当回弹再压缩指数ce等于压缩指数cc时,将该文差分解与考虑起始水力坡降的正常固结土非线性固结半解析解对比以验证该文解的可靠性。最后,分析起始水力坡降和超固结应力状态对黏性土固结性状的影响。结果表明:起始水力坡降导致土中超静孔压不能完全消散;当外荷载稳定值qu与起始水力坡降i0、水的重度γw及土层厚度H之积的比值小于1时,单面排水条件下渗流前锋不能至土层底面;起始水力坡降i0越大,土层沉降值越小,按孔压定义的土层平均固结度也越小;相同起始水力坡降下,超固结土层超静孔压的消散速率比正常固结土层快,超固结土层的最终沉降值小于正常固结土层,且前期固结压力越大则最终沉降量越小。     

萧山软粘土一维固结系数非线性研究

根据广泛采用的e-lgσ′和e-lgkv关系推导出饱和软粘土非线性固结系数的表达式,该式反映了有效应力、孔隙比等因素对固结系数的影响。在固结过程中,利用可以测量孔压并在固结完成后可进行渗透试验的GDS先进固结试验系统对饱和的萧山软粘土进行一维固结试验,得到了压缩指数和渗透指数。利用非线性理论进行计算并与试验结果进行对比分析,发现土体在固结过程中固结系数是呈现非线性变化的。     

指数渗流定律下成层地基一维非线性固结分析

在土中渗流遵循指数形式渗流定律的背景下,考虑实际中的变荷载作用及土体初始有效应力沿深度的线性增加,建立成层软土地基一维非线性固结控制微分方程及求解条件。运用有限差分法获取其数值解并编制相应的计算程序,通过与达西渗流定律下成层地基非线性固结半解析解相对比,验证了该差分解及计算程序的可靠性。最后,结合不同工况下的某四层软土地基一维非线性固结计算实例,分别对土中的超静孔压、按孔压定义的平均固结度以及地基沉降量进行计算分析。     

考虑扰动的饱和软黏土球形孔扩张弹塑性解

根据原位十字板试验扰动导致饱和软黏土不排水强度降低的事实,应用球形孔扩张理论,假设饱和软黏土在塑性阶段满足Tresca屈服条件,提出一种基于饱和软黏土灵敏度的扰动度函数。在考虑塑性区内不排水强度是扰动度的对数函数的基础上,得到了考虑扰动的球形孔扩张的弹塑性解答。通过与不考虑扰动的球形孔扩张理论进行对比,可发现考虑扰动后球形孔扩张的应力、超孔隙水压力明显地降低。     

地表温度周期波动的饱和土一维热固结解析解

针对地表温度周期波动的饱和土一维热固结问题,建立相应的热固结模型。利用偏微分理论,得到土层内部超静孔隙水压、温度增量的解析解,并进而得到地基沉降的表达式,由此分析饱和土的一维热固结性状,并与Terzaghi解进行比较。结果表明:热固结性状与温度增量、热传导速率、温度波动周期等有关;受地表温度周期波动的影响,超静孔隙水压、沉降也会出现波动性。     

考虑主应力轴偏转角影响的饱和软黏土不排水循环累积变形

 建立在常规循环三轴试验基础上的循环累积变形显式模型不能反映土体单元在自重应力下的初始主应力轴偏转现象,而动态空心圆柱剪切试验可为建立能反映主应力轴偏转角影响的模型提供必需试验资料。针对上海第④层饱和软黏土的物理力学特性,研制原状软黏土空心圆柱试样制样设备,同时推导恒定主应力轴偏转角时循环加载波形方程与总应力控制空心圆柱静力剪切试验加载方程。对上海地区第④层饱和软黏土进行一系列恒定主应力轴偏转角动态空心圆柱循环加载及静力剪切试验,探讨恒定主应力轴偏转角条件下饱和软黏土循环累积变形规律,在考虑主应力轴偏转角对不排水抗剪强度影响的前提下验证显式模型的合理性。考虑主应力轴偏转角循环加载的饱和软黏土显式模型可更为有效地预测路基长期沉降。