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。     

盾构隧道壁后注浆浆体变形特性

利用浆体变形单元体模型试验装置,研究了不同浆体压力、不同围岩土质条件以及不同地下水压作用下的盾构壁后注浆体的变形规律。试验研究表明,较高的浆体压力有利于加快浆体排水固结速率并增大浆体的最终变形量。土体的渗透系数是影响浆体变形的重要因素。在砂性土体中,地下水压对浆体的变形影响较大,在粘性土体中,浆体压力对浆体的变形影响较大。该装置可以用于研究浆液注入盾尾空隙后的受力状态、浆体的变形特性,有助于更深入地明确壁后注浆控制地层应力释放和地层变形作用。     

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明：由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.     

考虑土体结构性损伤的静压桩承载力及时效性研究

考虑静压桩沉桩施工引起的桩侧土体结构性损伤,对Tresca屈服准则进行修正,并利用球孔扩张理论,得到考虑深度效应的极限扩孔压力的理论解。根据静压桩桩侧土体超孔隙水压力消散规律,结合Henkel理论,建立了考虑桩侧土体结构性损伤和深度效应的超孔隙水压力消散公式,并进一步得到土体地基中静压桩承载力与时间关系的计算公式。将按本方法计算的理论值与其他方法的计算结果以及实测值进行对比,验证了本方法的可靠性。在此基础上,进一步研究结构损伤系数和复压间隔时间等因素对静压桩桩侧超孔隙水压力的影响。结果表明:复压间隔时间越短,离桩中心距离越近,静压桩桩侧土中超孔隙水压力的消散速度越快,静压桩承载力越高;当径向损伤系数β_1已知,相同埋深处超孔隙水压力随着深度损伤系数β_2的增大而降低,且桩侧土体深度越深,β_2取值大小对孔隙水压力的影响越明显,从而进一步说明同时考虑土体径向和深度方向结构性损伤的必要性。     

变荷载下饱和土一维热固结解析理论

基于渗流理论、热弹性理论和饱和土固结理论,通过建立数学模型,采用解析方法研究了变荷载下饱和土的一维热固结问题.利用偏微分方程理论中的冲量定理,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并由此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制了计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的解进行比较.结果表明,加载时间、温度增量、热传导速率等对土体热固结性状有重要影响;受温度影响,热固结中的超静孔压消散速度加快、地基沉降减小;按沉降定义和按孔压定义的地基平均固结度是不同的.     

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.     

饱和黏土中静压桩桩周土体强度时效性分析

天然饱和黏土中静压桩在沉桩过程中对土体造成巨大的挤压,致使桩周土体产生较高的超孔隙水压力,沉桩结束后随着桩周土体的逐渐固结,土体强度表现出明显的时效性.为研究饱和黏土中静压桩沉桩后桩周土体强度的变化规律,基于K0-MCC模型并考虑了土体初始各向异性与诱发各向异性对桩周土体强度的影响,推导出柱孔不排水扩张后桩周土体应力及超孔压的解答,并根据轴对称固结理论推导了静压桩桩周孔压消散的理论解答.在此基础上,考虑桩周土体在固结过程中的松弛效应,对沉桩结束后桩周土体强度的时变效应进行了解析,并通过离心机模型试验验证了该解答的合理性.结果表明,该解答能够较为合理地预测沉桩结束后桩周土体强度与超孔压的变化规律,而土体超固结比、静止侧压力系数和土体有效内摩擦角等因素对桩周土体强度变化存在一定的影响.饱和黏土中静压桩的承载力具有时效性,静压桩周土体强度时变规律的解答能够为静压桩时变承载力的计算提供理论依据,具有重要的现实与科学意义.     

考虑土体水平渗透系数变化的复合地基固结解

为了体现桩体施工扰动对桩周土体造成的负面影响,考虑了排水影响区土体水平渗透性的3种变化模式,即扰动区渗透系数不变、扰动区渗透系数线性变化和整个影响区渗透系数线性变化.采用由平衡条件和等应变假设得到的新的初始条件,分别给出了在各种模式下桩体和土体中的超静孔压的解.将桩体的固结引入复合地基按应力定义的固结度,并分别给出了复合地基按应力和变形定义的总平均固结度.最后分析了4个参数对地基固结性状的影响,并比较了计算结果和文献结果.结果表明,分别按应力和变形定义的总平均固结度相等;土体的最大与最小水平渗透系数之比越大,固结越慢;扰动区范围越小,固结越快;桩体越硬,固结越快.     

雷电冲击作用下土体的变形特性分析

为研究雷电冲击作用下土体的变形特性,应用冲击波理论描述雷电冲击压力,基于麦克斯韦方程推导雷电在土中产生的电磁力表达式,采用Drucker-Prager弹塑性准则,建立雷电冲击压力和电磁力作用下的土体动态变形特性有限元模型,通过瞬态计算深入探究雷击过程中土体的变形特性,并结合土中应力分布特征对变形进行动力分析,采用正交分析法研究土体力学参数对模型结果的影响以及主次因素排序,分析主要因素和雷电流峰值对模型结果的影响规律。结果表明：一定雷电冲击作用下,土体变形呈先急剧增加而后变形速率逐渐减缓,经过部分回弹后再趋于稳定,在此过程中,土中应力变化动态规律与应力波传播规律类似;土体内摩擦角和弹性模量对土体变形的影响相对较为显著,参数较小时将造成明显的变形增加,且内摩擦角的改变将影响表面土体竖向变形曲线分布规律;此外,随着雷电流峰值的增大,电磁力对土体变形的影响程度显著提升。     

条形基础稳定性弹塑性大变形有限元分析

对土体失稳过程中弹塑性大变形的问题,采用大变形问题的Updated Lagrangian描述方法,建立了土体稳定分析的弹塑性大变形有限元模型,提出了坐标更新和非线性方程组线性化的方法：计算了均布竖向荷载情况下的条形基础地基稳定性,通过与Prandtl解和弹塑性小变形有限元法所得结果的对比,说明了用弹塑性大变形有限元法进行土体稳定性计算是可行的．通过对倾斜荷载作用并考虑土体自重情况下的条形基础地基稳定性分析,表明弹塑性大变形有限元法不仅能反映土体抗剪强度指标对土体稳定性影响,而且也能反映土体弹性参数对土体稳定性影响,说明了用弹塑性大变形有限元法计算土体稳定性的合理性及对工程安全的重要性．