饱水软粘土主固结理论研究

滨海饱和淤泥的加固普遍采用堆载预压排水固结方法,但是并不是预压时间越长,淤泥中孔隙水排出的越多,当淤泥含水量降低到一定程度后,(达到一个"极限含水量"),延长预压时间对淤泥固结不起应有作用,研究表明这个"极限含水量",延长预压时间对淤泥固结不起应有作用,研究表明这个"极限含水量"和淤泥的"液限含水量"相当,对饱水软粘土的预压排水主固结研究应从其排水的本质上出发,即从软土在预压过程的含水量变化上研究主固结量的变化规律,利用土的基本性质指标,导出主固结比基本公式及主固结量(沉降量)、绝对主固结量、绝对固结度等理论计算方法,它们与传统的算法不一样在于这些算法与预压荷载(即固结应力)无关系,直接计算出主固结的效果及评价预压排水固结地基处理卸载的可行性。利用上述基本公式亦可导出剩余主固结量、主固结速率等计算式。通过实例的分析,证明上述理论方法与观测的数据基本相符。     

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。     

软粘土非线性一维大应变固结分析

1　引　言一维大应变固结理论的研究始于60年代。1967年,作为这一领域开拓者的Ｇｉｂｓｏｎ等给出了一维大应变固结理论普遍的控制方程,并用有限差分法分析了非线性一维大应变固结问题[1]。此外,还有不少学者致力于软粘土非线性大应变固结特性的研究,但他们的主要工作还是集中在对Ｇｉｂｓｏｎ一维大应变固结理论的数值分析,或应用模型试验对其理论进行验证。本文采用半解析方法[2]对一维大应变固结问题进行研究。该方法不从Ｇｉｂｓｏｎ基本方程出发,也不采用孔隙比ｅ为控制变量,同时也不选用对大应变问题通常采用的拉格朗日坐标或固相物质坐标。本文的半解析法将选用空间坐标,以孔压ｕ为控制变量进行求解。2　问题的描述如     

任意施工荷载作用下天然结构性软粘土的一维非线性固结分析

考虑固结过程中结构性土体的非线性压缩特性、渗透系数的变化以及施工荷载随时间任意变化规律因素,推导了天然结构性土体的一维非线性固结方程。利用Crank-Nicolson差分格式离散非线性固结方程以方便求解。分析表明:不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析所得的超孔压明显大于考虑土体结构效应的非线性固结结果;当时间因数较小时,考虑土体结构性的非线性固结分析的固结度明显大于不考虑土体结构性的非线性固结分析和线性固结结果;同时表明不考虑土体结构效应的非线性固结和线性固结分析的结果相差不大。     

砂井处理超软地基的固结计算

借鉴一维大变形固结控制方程的经验,在流动柱体坐标系内,全面考虑土的压缩性和渗透性的变化、以及土体竖向和水平径向同时发生渗流固结的真实过程,假定土体竖向自由变形,推导建立了以孔隙比或超静孔隙水压力为变量的砂井地基轴对称条件下的大变形固结控制方程.采用交替方向隐式差分法(ADI)求解固相柱体坐标下的以孔隙比为变量的控制方程,编制了相应的差分求解程序.在特定条件下,依据Carrillo定理,将以超静孔隙水压力为变量的控制方程分解为竖向和水平径向的2个一维方程,采用迎风格式的显式差分法,分别进行数值求解编程.所编程序可计算求解均质欠固结土、均质正常固结土和非均质正常固结土在多种初始或边界条件下的砂井地基大变形固结问题.选取深圳湾海底淤泥土样,采用先进的GDS固结仪系统进行了固结渗透交叉试验,结果显示,海积淤泥的压缩性符合e-logp模型,渗透性符合e-logk模型,对于含水量高于85%的淤泥,则采用分段e-logp模型描述更好.大变形固结系数g(e)随孔隙比e减小,存在先降后升的趋势,临界点ecr取决于渗透指数ck和压缩指数cc,初始含水量特高(或低)淤泥的临界点ecr可能超出孔隙比的常规变化范围,故一般只表现出单一的递增性或递减性.在深圳海相淤泥的固结渗透试验结果分析基础上,提出了根据常规标准固结试验推定大变形固结计算所需参数的"沉降速率"法.以分别服从幂函数或半对数函数关系的美国磷酸盐尾矿污泥、深港西部通道口岸区海积淤泥加固处理项目为例,采用上述方法及程序对多种固结工况进行了计算预测,分析结果一方面验证了本文计算方法及程序的正确性和适用性,另一方面对"自重影响"、"涂抹效应"、"大小固结系数换算"等关键问题进行了探讨,得到了以下结论:(1) 对欠固结污泥的大变形固结预测时,不能"忽略自重",否则会带来30%以上的计算误差.正常固结污泥的大变形固结预测时,可"忽略自重"以简化计算,对计算结果影响不大.(2) 要完成相同固结度,一维固结计算时,大变形固结理论预测的时间要比小变形固结理论预测的时间短,而三维固结计算时,轴对称大变形固结预测的时间比小变形砂井固结理论(Barron)预测所需时间的则要长得多,文中对出现该现象的原因进行了较为详细的分析.(3) 大变形计算结果显示,砂井附近约1/3的土体在固结初期渗透系数就迅速大幅度下降,在砂井周边形成渗透性小的特殊土区(相当于小变形固结理论定义的"涂抹区"),而且,随着固结时间的发展,一方面该"涂抹区"的渗透系数继续减小,另一方面"涂抹区"不断向不透水边界发展扩大,也就是说,"涂抹区"的半径及渗透系数2个关键指标都在随时间变化,不能当作常数.(4) 单因素敏感性分析表明,压缩指数cc、渗透指数ck、初始渗透系数k0和初始孔隙比e0对砂井地基大变形固结度计算影响程度从大到小的顺序依次为:e0,cc,k0,ck.     

考虑初始孔压非均布及起始坡降的黏土流变固结解

外荷载引起的土中初始超静孔压往往沿深度非均匀分布。软黏土的流变特性以及黏性土中渗流存在起始坡降的现象也已被认识。但能同时考虑起始坡降及初始孔压非均布的软黏土流变固结解还鲜见报道。采用Merchant三元件模型描述黏土的流变特性,在初始孔压沿深度非均布条件下建立考虑起始坡降的软黏土一维流变固结控制方程及求解条件,采用拉普拉斯变换方法获得其解析解答。在验证解可靠性的基础上,开展大量的分析计算。结果表明:起始坡降(i_0)越大,渗流移动边界移动速度越慢,土层平均固结度和最终沉降量越小。土层顶面处初始超静孔压(q_T)和底面处初始超静孔压(q_B)的比值(λ)越大,移动边界下移速度越慢,土层固结速率越快,平均固结度最终稳定值越小,土层最终沉降量越大。流变模型中Kelvin体弹簧的弹性模量(E_1)和独立弹簧弹性模量(E_0)的比值(a)在固结前期对固结性状影响很小;固结后期,a值越大,土层固结速率越快,最终沉降量也越大。固结前期,黏滞系数(η_1)的变化对固结性状影响不大;固结后期,η_1值越大,土层固结速率和沉降速率越快,但η_1值的变化并不影响土层的最终沉降量。     

双层地基─维固结理论与应用

本文研究了双层地基一维固结问题，给出了荷载随时间任意变化及起始孔压沿深度任意分布情况下双层地基一维固结解答，讨论了双层地基一维固结特性，并为双层地基平均固结度的实际计算提供了图表。与均质地基不同，双层地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是有区别的。土的固结系数并不是决定双层地基固结速率的唯一指标。土的压缩性对双层地基固结有重要影响，土越硬，固结越快。     

双层地基─维固结理论与应用

本文研究了双层地基一维固结问题，给出了荷载随时间任意变化及起始孔压沿深度任意分布情况下双层地基一维固结解答，讨论了双层地基一维固结特性，并为双层地基平均固结度的实际计算提供了图表。与均质地基不同，双层地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是有区别的。土的固结系数并不是决定双层地基固结速率的唯一指标。土的压缩性对双层地基固结有重要影响，土越硬，固结越快。     

渗透诱发固结中高塑性粘土固结参数的确定

软粘土在渗透压力作用下 ,孔隙比e,压缩系数a ,渗透系数k随固结过程中应力—应变状态的变化而变化 ,具有大应变、非线性等特点。本文通过渗透固结模型实验 ,对渗透压力下高塑性粘土一维非线性固结特性进行研究 ,确定了固结过程中压缩性关系 (e-σ′)、渗透性关系 (e-k)表达式 ,从而为该渗透固结机理应用到土坝水平防渗措施中粘土铺盖裂缝的淤填、淤积铺盖防渗性能的提高等方面提供理论依据     

超固结土一维次压缩特性实验研究

对上海重塑粘土土样进行了一维次压缩实验,研究超固结土的一维次压缩特性.所有的土样都进行了预压处理.实验结果表明(1)超固结土的次压缩指数小于正常固结土的次压缩指数;(2)上海重塑超固结土的Ca/Cc基本为一恒定的值,约为0.035;(3)超固结土的等时间线形状和规律与正常固结土的有所不同;(4)"蠕变率与加载历史的无关性"似乎并不完全正确.实验结果表明,在加载初期,土样的次压缩速率不仅与其状态有关(及有效应力大小和孔隙比)而且还和加载历史有关."等时间线"和"参考线"的概念会低估超固结土在加载初期的次压缩速率.     

用锥尖阻力测定黏性土先期固结压力

通过对黏性土的先期固结压力(PC)及CPT贯入图的分析,得出正常固结土及轻度超固结土的PC值与锥尖阻(qC)间的关系。继而假定土在主、次固结共同作用下不改变PC与深度(Z)间线性关系的基础上,建立了黏性土先期固结压力PC与qC间的一般表达式,并通过对乍嘉苏高速公路勘察试验和研究,得到了适用于钱塘江周边地区换算系数(α)与似超压力(△P)间的经验关系。     

高饱和度土的一维连续方程及其固结分析

为了解决高饱和度土的连续性条件表述的复杂性并由此建立相应的固结方程,从质量守恒的角度,避免了非饱和土中气相体积难以确定的困难,建立了土体的一维连续方程。假设Terzaghi有效应力原理依然适用于高饱和度土,推导了一维固结方程。在Terzaghi一维固结的假设基础上,再假设固结过程中饱和度为常数,求解了解析解。然后分析了高饱和度土的固结特性。结果表明：1）高饱和度固结方程与Terzaghi的一维固结方程形式完全一致,但是固结系数不同;2）因初始瞬时变形,初期固结度与饱和土的差别较大,随后差值减小;当时间因子等于1时,高饱和度土的固结度与饱和土基本相同;3）高饱和度土的固结完成时间与相应饱和土相比较,要延长;饱和度越小,土体的压缩性越小,其固结完成时间比越大。     

两相非连续介质固结理论

 基于两相非连续介质(如饱和土)的力学模型,导出一个有效应力方程,在该方程中总应力分布取决于孔隙率和孔压传递系数?(?∈[0,1]),将其引入Biot固结理论,导出三维固结新方程。以圆柱土体径向受压为例,用Abaqus对两相非连续介质固结理论进行分析,求解得到孔压和位移,并比较新老理论结果的差异。根据相关文献的渗透性数据,获得几种黏土的?值,其合理范围为0.35～0.54。在相同的模量和渗透系数条件下,随着孔隙率和孔压传递系数的减小,固结过程加快,Mandel-Cryer效应更加显著。当孔隙率和孔压传递系数减小为0,固结在瞬间完成,两相非连续介质固结理论自动过渡为连续介质的弹性理论。两相非连续介质固结理论在传统固结理论和弹性理论之间搭建一座桥梁,从侧面印证两相非连续介质力学模型的合理性。     

饱水粘性土高压密实过程中孔压及体应变变化试验研究

饱和粘性土因含水量不同、孔隙水性质不同,受到外载荷后其变形机理也不同。松散、高含水量、饱含重力水的粘性土,其受压变形机理符合Ｔｅｒｚａｇｈｉ 渗流固结理论;致密、低含水量、仅含吸附结合水的粘性土,其受压变形机理不符合Ｔｅｒｚａｇｈｉ 固结理论。本文用一饱含重力水的粘性土样,进行逐级加载三轴高压固结试验,分析其全过程中孔压和体应变的变化,初步说明了上述观点。     

考虑软粘土结构性的一维弹粘塑固结分析

基于软土的结构性分析 ,从土力学研究角度建立了考虑结构性的一维弹粘塑性固结模型。通过对堆载试验的计算分析 ,说明压缩曲线各段对固结过程不同阶段的影响 ,以及在沉降预测中 ,室内试验的土工参数校正和考虑粘性效应的重要性     

淮河干流香浮段疏浚泥固结度室内试验研究

针对淮河干流香庙—浮山段高含水率疏浚泥进行了能够测试底部孔压的一维固结试验,研究了土样变形和底部孔压随固结时间的变化规律,探讨了基于太沙基固结理论建立的变形时间曲线法(Casagrande法)和超静孔压消散法得到的两种固结度的差异性状。结果表明:Casagrande法判断主固结完成时,超静孔压消散没有完成,残余超静孔压约为荷载增量的10%～20%;随着竖向荷载的增加,利用两种方法确定的主固结沉降的差异程度随外加荷载呈半对数线性变化;以真空排水工法为例,分析了基于Casagrande法和超静孔压消散法得到的主固结沉降差异程度。     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明:(1)考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2)本文解给出的复合地基桩-土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩-土压缩模量比之值;(3)跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩-土应力比在初始时刻并不等于0。     

天然沉积软黏土的次固结变形机理分析

土体在天然沉积过程中由于时间效应会产生次固结变形和结构性,两者都使土体的固结屈服压力增大,传统Bjerrum次固结模型无法解释后者的机理,也无法描述结构性土的次固结变形特性。通过天然沉积结构性土的次固结试验,基于Burland提出的孔隙指数Iv和固有压缩曲线ICL,分析了结构性土的次固结变形机理。当固结压力小于固结屈服压力时,天然沉积结构性土的结构强度抵抗了孔隙的压缩势,压缩曲线与固有压缩曲线间的距离△Iv随压力增大而增大,该阶段存在稳定的土颗粒骨架结构,土颗粒的蠕动变形受抵抗,导致几乎不产生次固结变形;而当土体处于临界屈服状态时,土结构强度受破坏,孔隙压缩势的抵抗作用消失,大孔隙骨架坍塌,Iv发生骤减,土颗粒的蠕动变形剧烈,次固结系数骤增出现峰值;△Iv随固结压力的进一步增大而减小,次固结系数的变化表现出与△Iv密切的线性相关性;基于天然沉积土SCL压缩曲线说明了天然沉积土的次固结变形不可能无限发展。     

板土交界处裂隙发育与化学注浆时间对一维电渗固结的影响

通过一维电渗固结试验,研究了板土交界处裂缝(板土脱开)与注浆时间对软土电渗固结过程的影响。采用紧序注入CaCl_2溶液和Na_2SiO_3溶液的方式,进行注浆时间对照试验。基于沉淀或胶体和离子对电渗固结的综合效应,研究了电流、排水量、土样含水量与抗剪强度、裂缝与体缩,以及电渗能耗等随注浆时间的变化规律。结果表明:板土交界处裂隙(板土脱开)总是先于其他土体裂缝产生,板土脱开导致电流值的急剧减小是造成电渗效果下降的主要原因;一维电渗固结过程中存在板土交界处裂隙发展旺盛时间tcr,以tcr为表征指标确定最佳注浆时间,可达到最佳的电渗效益。为防止在土体中出现明显的含水量突变现象,应尽可能避免在1/3tcr时刻前注浆,在2/3tcr时刻注浆能够实现最佳电渗固结效果。     

非饱和土一维固结简化计算

提出了一种简化的非饱和土一维固结计算方法。加荷初期,水、气、土骨架共同承担荷载。假定土体瞬时压缩,利用非饱和土有效应力原理、土骨架压密方程、气体压密方程、水分特征曲线,可解得三者各自分担的应力和土体体积压缩量。在其后的固结过程中,假定水的流出仅仅取决于水压力,不受气的影响,单独建立水的连续性方程,解水压力随时间的变化;又将水和气看成混合的可压缩流体,建立混合流体的连续性,解混合流体压力随时间的变化。可进而求气压力。吸力和土体的压缩量。由于本文只研究一维问题,解连续性方程用差分方法。