基于指数形式渗流考虑初始有效应力非均匀分布的软土一维非线性固结分析

结合室内固结渗透联合试验资料,考虑实际中的变荷载以及地基中初始有效应力的真实分布,建立基于指数形式渗流定律的一维非线性固结方程,并得到其差分数值解。在指数形式渗流定律退化为达西定律的前提下,将变荷载下假定初始有效应力沿深度均匀分布和固结系数保持不变的解析解与相应的差分解进行对比,验证差分解的可靠性。在此基础上,分析不同参数下的非线性固结性状。结果表明:最终有效应力与初始有效应力平均值的比值较小(≤2)时,随着渗流定律中指数的增加,在较小时间因子下固结速率会加快,而在较大时间因子下会变慢;但是随着最终有效应力与初始有效应力平均值比值的增大,固结曲线在全过程中均会表现出随着指数的增加固结速率加快的性状;初始有效应力沿深度线性增加下的固结速率要比均匀分布下的固结速率快;变荷载的加荷速率越快则固结速率也越快。此外,最终有效应力与初始有效应力平均值的比值以及描述土体非线性固结特性的参数均对非线性固结性状有较大影响。     

基于指数形式渗流定律的软土一维固结分析

在土中渗流服从指数形式渗流定律的前提下,对软黏土一维固结理论进行分析研究。首先建立考虑指数形式渗流定律的软黏土一维固结微分方程。然后采用相对稳定的Crank-Nicolson差分格式对控制方程进行时间、空间离散,得到了差分方程及其解答,并且将差分计算结果与退化到达西渗流的Terzaghi理论解析解和指数为1.5时的短时间解析解相对比,验证计算程序的可靠性。通过计算分析考虑指数渗流定律情况下的软土地基的一维固结性状,结果表明:考虑指数形式渗流情况下(指数大于1),固结速率在较小的时间因子下要比Terzaghi理论快,而在较大的时间因子下比Terzaghi理论慢,这种现象随着指数值的增大越来越显著;荷载的等效水头与土层厚度的比值对固结性状有显著的影响,比值越小,则固结速率越慢。最后,讨论了达西渗流在实际工程中的适用范围。     

单层地基一维渗流有效应力性状研究

研究了一维渗流作用下单层地基有效应力的计算问题 ,推导了有效应力的计算公式 ,讨论了有效应力性状。定义了渗流有效应力的概念。单层地基一维渗流有效应力与渗流方向密切相关。渗流作用下土层有效应力由两部分组成 :一部分是自重有效应力 ,其由重力引起的 ,体现了静水压力的影响 ;另一部分是渗透有效应力 ,其由土层水头差产生的 ,体现了超静水压力的影响。     

任意荷载下成层弹性地基的一维固结

针对成层弹性地基模型,运用Ｌａｐｌａｃｅ变换及矩阵传递法求解了任意荷载下成层弹性地基一维固结问题,得到了频域内的通解,通过Ｌａｐｌａｃｅ逆变换,即可计算成层弹性地基在任意荷载下的一维团结。经典的Ｔｅｒｚａｈｉ一维固结理论解是一个特例。此外,结合三层的地基算例,对解进行了探讨,揭示了成层弹性地基的固结特性。     

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。     

变荷载下多层地基-维固结沉降计算

采用变空间步长的有限差分法,求解了多层地基考虑施工加荷过程的一维固结问题。运用所编程序分析了固结度与时间因子关系,固结沉降动态变化趋势。为实际工程中固结沉降的求解提供了有价值的计算手段。     

变荷载下任意层地基一维固结理论

变荷载下任意层地基一维固结理论谢康和，潘秋元（浙江大学岩土工程研究所，杭州，３１００２７）１前言由于实际地基大多由性质不一的层状土组成，成层地基固结计算一直为人们所关注。自Ｇｒａｙ首先给出双层地基一维固结解答以来￣［１］，已有不少学者致力于多层（二层...     

变荷载下多层地基—维固结沉降计算

采用变空间步长的有限差分法 ,求解了多层地基考虑施工期加荷过程的一维固结问题。运用所编程序分析了固结度与时间因子关系、固结沉降动态变化趋势。为实际工程中固结沉降的求解提供了有价值的计算手段。     

软土地基一维非线性固结沉降的研究

考虑软土地基一维非线性固结特性,探讨软土地基一维非线性固结沉降问题。在软土地基上修建构筑物,软土地基受到外荷载的作用,会引起较大的沉降变形。在一定的条件下,按太沙基线性解所得固结度比非线性解要高出51%,这是对工程十分不利的。     

刚性桩复合地基渗流固结性能分析

基于饱和砂井渗流固结理论,推导了综合考虑褥垫层、桩、土模量的刚性桩复合地基渗流固结解析解。在ABAQUS中使用Modified Cam-clay模型和孔压单元模拟桩间土体,建立单桩复合地基有限元分析模型。计算结果与某高层结构刚性桩复合地基静载试验吻合较好,验证分析模型的有效性。使用该分析模型,研究褥垫层厚度、模量,桩长对刚性桩复合地基受力及固结变形的影响。结果表明：刚性桩复合地基固结速度远大于天然地基,固结速度随褥垫层模量增大而增大,随井径比减小而增大;结构施工过程中,地基固结沉降已基本完成;褥垫层模量的增大可减小刚性桩复合地基固结沉降,但褥垫层厚度及排水土层厚度的增加都会加大固结沉降。     

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。     

考虑饱和黏土埋深影响的一维非线性固结

 由于饱和黏土层的埋深对初始有效应力影响较大，因此也会对其非线性固结特性产生影响。假定孔隙比与有效应力对数和渗透系数对数之间分别存在线性关系，那么可将考虑初始有效应力沿深度变化的饱和黏土一维非线性固结方程推广至考虑土层埋深的情况，因此，采用有限体积法对该方程进行数值求解。与E. H. Davis和G. P. Raymond非线性固结理论解析解的对比，证明该方法的有效性。在此基础上，探讨土层埋深、压缩指数与渗透指数的比值、地面均布荷载强度等参数对固结过程的影响。数值分析结果表明，当上述3个参数分别增大时，黏土层的沉降速率都将减小，而埋深对孔压消散速率的影响规律则要受压缩指数与渗透指数比值的制约。     

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。     

循环荷载作用下地基一维非线性固结解析解

将孔隙比e与有效应力σ关系（e-lgσ）引入循环荷载作用下单层地基的一维非线性固结问题的研究之中，通过假定土体中的初始有效应力沿深度均匀分布和固结过程中土体渗透性的降低与压缩性的减小成正比，建立了低频循环荷载作用下单层地基的一维非线性固结问题的固结方程。由ω-σ变换得出了低频梯形循环荷载作用下单层地基的一维非线性固结问题的解析解，采用Fortran语言编制了相应的计算程序，并通过将其特例情况下的解分别与目前已有的解析解和半解析解进行对比的方法对文中解作了验证。现有单层地基的一维非线性固结解析解均为文中解的特例。     

双层地基一维固结平均固结度敏感性分析

针对竖向固结系数可能服从Gamma分布、对数正态分布或Beta分布,利用两点概率估计理论进行双层地基一维固结平均固结度的敏感性分析,研究了竖向固结系数变异性和分布概型对平均固结度的影响,为进一步开展多层地基固结的可靠性分析打下了基础。     

变荷载下考虑非达西渗流的一维固结半解析解

 基于非达西渗流定律,运用成层地基线性固结解析解与数值离散相结合的半解析方法,得到变荷载作用下一维固结问题的半解析解。将半解析解与达西渗流下的解析解和非达西渗流下的差分解进行对比,验证半解析解的可靠性。进而对不同参数下的固结性状进行分析。结果表明：非达西渗流模型中的参数对一维固结性状有重要影响,指数越大、临界水力坡降越大,则土层的固结速率越慢;同时,荷载的大小与土层厚度对土层固结性状有重要影响,作用于土层的荷载越大,则固结速率越快;土层越厚,则固结速率越慢。在非达西渗流下,传统固结理论中固结时间与土层厚度平方成正比的相似关系不再满足。荷载的加荷速率越快,则土层的固结速率越快。最后,讨论了达西渗流定律在一维固结计算中的适用范围。     

成层软粘土地基粘弹性一维固结半解析解

针对成层粘弹性地基模型 ,建立了求解一维固结问题的半解析方法 ,编制了相应的计算程序。通过在单层情况下与解析解的比较 ,说明半解析方法是非常有效的。此外 ,通过对单级等速加荷情况的计算 ,得到了有关的固结曲线 ,揭示了成层粘弹性地基的固结特性     

考虑固结和流变的层状地基中的水平单桩的理论分析

 利用积分方程和递推矩阵2刚度矩阵方法求解了考虑层状两相介质固结和流变的水平受荷的单桩问题。首先利用层状两相介质中水平圆形载荷基本解, 建立了时域内的层状两相介质地基中水平单桩的积分方程。然后对所得的积分方程进行Laplace 变换, 得到变换域内的积分方程, 对变换域内的积分方程采用Schapery 逆变换方法得到时域内水平单桩的近似积分方程。最后对所得的积分方程进行数值求解得到桩的剪力、弯矩和位移。