周期荷载作用下饱和粘土的一维固结

将土骨架当作弹性多孔解质和采用Terzaghi一维固结理论中的假设,本文推导了饱和粘土在任意荷载作用下的一维固结方程的通解。Terzaghi固结理论解是本文的一个特例。还对正弦,矩形、三角形和梯形等波形的几种周期荷载下固结方程的解和土层沉降计算式进行了详细推导。文末就浙江萧山粘土在矩形波形荷载作用下的固结试验结果和理论分析作了初步对比,并提出进一步研究的内容。     

Gibson地基半透水边界一维固结分析

针对单层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固结度的变化．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．结果表明，半透水边界Gibson地基的一维固结与传统固结理论有一定的差异．     

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。     

任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基一维固结模型

以基于Caputo分数阶导数的弹壶元件修正Kelvin模型来描述饱和土体一维固结的力学行为,并引入连续排水边界条件,通过Laplace变换,联立求解得到任意荷载下连续排水边界分数阶黏弹性地基有效应力及固结沉降的解析解。采用Laplace逆变换,获得了其时域内的理论解,并分析了梯形循环荷载及施工荷载作用下相关参数对固结沉降的影响。研究结果表明：循环荷载作用下,黏土地基的沉降变化呈振荡增长,且振荡幅值随着边界透水性的增大而增大;分数阶次α增大,使固结前期沉降速率减慢,而在固结后期,α值对沉降的影响正好相反;循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值随着分数阶次α的增大而减小。此外,一维固结沉降的发展还与土体力学参数及荷载参数相关,弹性模量E越大,最终沉降量越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化越慢。     

变荷载下半透水边界成层黏弹性地基的一维固结分析

基于Kelvin黏弹性地基模型，研究了半透水边界饱和成层黏弹性地基在循环荷载作用下的一
维固结问题。利用Laplace变换，得到了问题在变换域内的通解。通过数值Laplace逆变换，获得了黏弹性
成层饱水地基在变荷载下的有效应力及固结曲线图。结果表明，在变荷载下黏弹性地基的固结速率慢于弹
性地基，其有效应力呈振荡增长；地基的上部垫层和下卧土层的透水性能对固结速率具有较大的影响。     

考虑应力历史的双层地基一维固结问题

基于单层超固结饱和土固结理论，针对不同排水条件、变荷载和自重应力沿深度实际分布及考虑应力历史影响的双层地基固结问题，提出了相应的一维固结方程，并利用半解析法编制了求解该问题的Fortran程序ODLCADOS.通过典型的算例，揭示了考虑应力历史影响的双层地基一维线性固结性状.研究表明，考虑应力历史影响比未考虑应力历史影响时，地基沉降小，固结发展快；荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响.     

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。     

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。     

变荷载下基于指数渗流一维固结半解析解

考虑实际工程中的变荷载,对基于指数形式渗流定律的一维固结问题进行计算分析.通过采用数值离散与成层地基线性固结解析解相结合的半解析方法得到一系列的固结曲线.分析仅在某一参数发生变化时的一维固结性状.结果表明：固结速率在固结初期随渗流指数的增加而增加,在固结后期随渗流指数的增加而减少;当指数<1时,作用在地基上的荷载越大则固结速率越小;当指数>1时,荷载越大固结速率越大;无论渗流指数为何值,在相同的固结时间下,地基平均固结度都会随着地基土层厚度的增加而减小;固结速率随着加荷速率的增加而变快.     

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。     

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。     

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.     

半透水边界双层复合地基固结解析理论

研究了考虑双面半透水、涂抹效应和应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结解析解及其工程应用.依据应力条件下的平衡方程和连续条件下的固结方程，由假定的无穷级数解推导出特征方程，并基于特征方程讨论了特征根取值的各种情形，进而得到了双面半透水双层复合地基的固结解析解.研究了给出的计算模型转化为求解单、双面透水双层散体材料桩复合地基以及双层天然地基固结理论的可行性，进而证明求得解具有普遍适用性.研究发现，半透水边界对固结的影响不明显；固结速率随桩径比的减小和桩体刚度的增大而增大；桩径比的作用大于桩体刚度的作用.     

列车荷载作用下渗漏隧道的长期非线性固结

为研究列车荷载对地铁周边土体长期非线性固结的影响,以及其与隧道渗漏的共同作用,将列车荷载等效为矩形循环荷载,采用经典的土体非线性固结理论,以及衬砌与土体相对渗透性系数,得出列车荷载作用下局部渗漏隧道的非线性固结解析解.通过本文预测值与上海地铁实测数据的对比,验证了解析解的合理性.分析结果表明:列车荷载加剧了隧道上方地表长期沉降,衬砌渗漏程度越大,沉降增加量越大.本文解析解能较好模拟隧道周边土体的长期固结特性,为预测地铁隧道长期运营导致的地表沉降提供一个较为合理有效的方法.