饱和土的变渗透系数固结理论及其合理性验证

饱和土体的固结过程伴随着土骨架的压缩和孔隙水的排出,其孔隙比及渗透系数随固结过程不断减小,但当前的Biot和Terzaghi固结理论均没有考虑固结过程中孔隙比及渗透系数的变化。这种处理方法对于压实土地基的固结过程来说,计算结果与实际相差甚微,但对于孔隙比很大的欠固结软黏土层、尾矿堆积层以及淤地坝库区的固结沉降来说,计算结果与实际过程的差异则会很大。首先建立土体固结过程中孔隙比与体应变的关系式,再利用渗透系数与孔隙比的关系式建立了渗透系数与体应变的关系式,最后利用弹性力学的几何方程得到渗透系数与单元位移的关系式。将这一关系式代入Biot固结理论,即得到变渗透系数固结理论,并在COMSOL中实现了求解计算。理论分析和数值计算表明：变渗透系数固结理论能够反应固结过程中因孔隙比减小造成的孔压消散缓慢、沉降速率降低的客观现象;土体初始孔隙比越大,体应变越大时,修正的渗透系数对固结过程的影响越大;渗透系数的减小只影响固结过程,不影响固结计算的最终结果。     

土壤-植物-大气连统体的水分传输

谭孝沅(天津市水利局)终结讨论:毛建华、惠士博、刘亶仁,吴凤彩等同志对原文提出了讨论意见,谨志谢意,有关问题答复如下: (一)原文旨在就土壤-植物-大气连统体(SPAC)的水分运动从理论上作一简要介绍,并引述了作者本人对土水势和叶水势方面所作的少量试验资料,用以引起国内同行研究的兴趣。由于篇幅有     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色,它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用.利用GCTS土水特征曲线仪,测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线,引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析,结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比(预先固结和固结所致)和基质吸力范围内可归结为一条曲线.基于此认识,对van Genuchten模型进行改进,提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型,并验证了该模型的正确性,为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路.     

轴对称条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土等p三轴剪切试验、常规三轴固结排水剪切试验(CD)与三轴固结不排水剪切试验(CU),对水泥土力学特性进行研究,讨论水泥土的应力～应变曲线变化特点和强度特性。试验结果表明:水泥土的应力～应变曲线为软化型,软化程度与围压有关;不同应力路径对水泥土强度有一定的影响,但影响程度较弱;小围压作用下水泥土具有剪胀性,类似强超固结土;高围压下,水泥土类似弱超固结土;残余强度均随围压的增加呈线性增大,CD试验残余强度高于CU试验,残余强度与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率逐渐减小;水泥土CU试验的有效强度包线与CD试样强度包线基本一致。     

建筑物地基动力液化的两相介质动力有限元分析

应用饱和多孔介质动力学原理分析了建筑物地基的地震液化问题。将地基视为两相介质体系，水是可压缩的。根据土力学模型，采用双曲线非线性动力本构，考虑了砂土的剪胀性，刚度退化，滞回特性和土水相对运动等因素，建立了动力方程 组。基于是否考虑渗流问题，建立了两种离散形式：(1) 以土骨架位移和水位移为未知量的矩阵方程；(2) 以土骨架位移、水位移和孔隙水压力为未知量的矩阵方程。用 显式差分法求解，通过计算发现地基下液化有明显的分区现象。     

土工建筑物动力固结的耦合振动分析

本文从达朗贝尔原理出发,根据有效应力原理推导出饱和土体的二维动力固结方程,将其与孔隙水压力的计算结合起来,并利用有限单元法,即可对土坝(或地基)进行考虑孔隙水压力产生、扩散与消散的非线性土、水耦合振动系统的有效应力动力反应分析。本分析方法的特点是以动力固结方程为基础,将土体的振动与固结结合到一起考虑,较好地反映了土体在振动过程中的实际性态,比目前以太沙基或比奥静力固结方程为基础的静-动交替分析法更为合理。此外,比奥静力固结方程可作为动力固结方程的特例而得到。     

深砂井地基的固结计算方法

对于砂井地基的固结计算方法,文献已有过研究,它适用于软土层分布厚度很薄的情况,以致可将士中起始孔隙水压力当作均勻分布(图1a)。但当软土层分布厚度较荷載宽度很为深厚吋,由預压荷载产生的起始孔隙水压力有着随深度逐渐消減的现象(图1b),本文将对此作近似分析。文中采用一般习用的基本假设,卽:土的固结过程符合经典固结方程,不考虑土的蠕动、起始梯度等因素;施荷瞬间,土中孔隙水压力不受偏应力影响;土体应力分布符合弹性理论。     

高饱和度非饱和土一维固结解析解及其应用

高饱和度非饱和土存在于大坝(或路堤)高含水率的压实土.高饱和度非饱和土中气相主要以封闭气泡形式存于孔隙水中,并随水一起流动.假设高饱和度非饱和土为具有可压缩流体的两相土,考虑水气混合物的压缩性,建立高饱和度非饱和土排水固结方程,获得一维解析解.研究了高饱和度非饱和土的孔压系数、高饱和度非饱和土的排水固结特性及其与饱和土的区别,分析了初始饱和度和初始荷载对高饱和度非饱和土固结特性及其瞬时压缩沉降量的影响.     

考虑渗流与变形耦合作用的基坑工程时间效应

基于比奥固结理论，推导了考虑卸载和坑内外水头差影响的三维固结有限元方程，编制了考虑地下水渗流与土骨架变形耦合效应的有限元程序，研究了基坑变形以及坑内外超静孔隙水压力和土水势的时间效应。与不考虑坑内外水头差的情况对比表明，由于坑内外水头差的影响，基坑的围护结构变形、坑后地表沉降以及坑底隆起变形都增大，不考虑坑内外水头差影响的计算是偏不安全的。     

轴对称条件下水泥土强度特性试验研究

通过水泥土等P三轴剪切试验、常规三轴固结排水剪切试验(CD)与三轴固结不排水剪切试 验(CU),对水泥土力学特性进行研究,讨论水泥土的应力一应变曲线变化特点和强度特性。试验结 果表明:水泥土的应力一应变曲线为软化型,软化程度与围压有关;不同应力路径对水泥土强度有一 定的影响,但影响程度较弱;小围压作用下水泥土具有剪胀性,类似强超固结土;高围压下,水泥土 类似弱超固结土;残余强度均随围压的增加呈线性增大,CD试验残余强度高于CU试验,残余强度 与峰值强度的比值随围压的增大而增大,增大速率逐渐减小;水泥土CU试验的有效强度包线与CD 试样强度包线基本一致。     

考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型

土水特征曲线在非饱和土力学中扮演着非常重要的角色，它已在岩土工程和环境岩土工程得到广泛应用。利用GCTS土水特征曲线仪，测定了无压和一定固结压力下的非饱和黄土土水特征曲线，引入“水土体积比”对已有文献中Saskatchewan粉土、Indian Head冰碛土和黄土的土水特征曲线数据进行分析，结果发现水土体积比随基质吸力的变化在一定应力所致孔隙比（预先固结和固结所致）和基质吸力范围内可归结为一条曲线。基于此认识，对van Genuchten模型进行改进，提出了一种考虑应力引起孔隙比变化的土水特征曲线模型，并验证了该模型的正确性，为研究非饱和土的力-水耦合本构关系提供了一条新思路。     

利用蒸发力进行农田灌溉预报的方法

我个人认为原文有两点不足之处: (一)土壤水分平衡方程中,未考虑水平向地下径流,未考虑垂直向土中气体胀缩影响.这些都会使计算带来误差. (二)土壤中根系的影响未考虑.在计划层变动时,要加一个土壤蓄水量改正值,这样算出来的定额才合理.     

考虑渗透系数变化时土石坝的固结计算

在土石坝的固结过程中，渗透系数将随着固结的过程而减小，土的固结速度将减缓，固结时间将增长，因此，在土石坝的固结计算时应考虑渗透系数变化对固结过程的影响。文中提出了一个渗透系数随固结度变化的计算公式，并据此导得单向排水固结的情况下，固结孔隙水压力的计算公式，计算简单，并具有一定的精度。     

堤坝非稳定渗流数学模型

读了原文后,笔者对数学模型的建立、固结方程能否应用于非稳定渗流的研究、有限单元法解决有自由表面的渗流问题以及用砂槽模型研究不稳定渗流的适用性等几个问题与原文均有一些不同看法,提出来供大家讨论。 (一)关于非稳定渗流的数学模型的建立 地下水运动的非稳定渗流的微分方程系由运动方程式     

试验室测试土的抗剪强度指标的方法及其应用

1　前言土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力 ,是土的一个重要力学指标 ,在估算地基承载力 ;评价地基稳定性 ;计算码头、路堤、土坝等斜坡稳定性以及挡土建筑物的土压力时 ,都需要土的抗剪强度指标。测定土体抗剪强度指标的试验称剪切试验。为了近似模拟土体在现场可能受到的受剪条件 ,把剪切试验按固结和排水条件的不同分为不固结不排水剪切 (快剪 )、固结不排水剪切 (固结快剪 )、固结排水剪切 (慢剪 )。不固结不排水剪切 (快剪 )试验是用来模拟粘土地基受到建筑物的快速加荷或土坡在快速施工中被剪破的情况。固结不排水剪切 (固结…     

考虑渗透系数变化时土石坝的固结计算

在土石坝的固结过程中，渗透系数将随着固结的过程而减小，土的固结速度将减缓。固结时间将产长，因此，在土石坝的固结计算时应考虑渗透系数变化对固结过程的影响。文中提出一个渗透系数随团结度变化的计算公式，并据此导得单向排水固结的情况下，固结孔隙水压力的计算公式，计算简单，并具有一定的精度。     

关于考虑到土骨架蠕变的三维轴对称固结问题的一个解答

土体固结问题是土力学中的一个重要问题。国内外不少学者曾对它进行过许多研究。但是考虑到土骨架蠕变的土体固结问题则研究较少。1964年徐志英在土骨架具有伏埃特性的假设下,导出了饱和粘土在三维固结情况下关于超静水压力的偏微分方程,并就三维轴对称固结问题进行了求解。所归结的数学问题是:求解如下的三阶     

砂砾地基上土坝的渗流控制

曹敦履(长江水利水电科学研究院):原文所討論的問題有很大实际价值,但其中有一些見解还值得商榷,現分述如下。 (一)渗透变形的形式土的顆粒或粒团在渗流作用下发生移动的現象称为渗透变形。渗透变形有流士、潛蝕、接触流土以及接触冲刷四种基本形式。流土是某一定体积的土体在渗流作用下整个发生移动的現象。潛蝕是土中填料顆粒在渗流作用下移动,而組成骨架的顆粒却未动的現象(所謂骨架顆粒是指承受或传递力的顆粒,反之为填料顆粒)。     

渗透力和渗透水压力

<正> 通常,土中的水若处于静止状态时,水对土粒的作用只是静水压力。因此,这时土粒骨架只受到由空隙水产生的浮力作用。但当空隙水处于流动状态时,土粒骨架不仅受到浮力,而且受到由于水的流动产生动水坡降所附加的外力。这种由于空隙水的流动而土粒骨架所受到的力叫做渗透压力(Seepage Pressure)、渗透力(Seepage force)或者透水力等。这些用语很不统一,应该说是混乱的。在此,笔者希望把该力叫做渗透力。     

排水板改善坝前淤泥层固结效果的数值模拟

以雅石沟水库除险加固为例,通过PLAXIS有限元软件模拟计算了单一堆载预压和堆载预压加竖向排水固结两种情况下坝前淤积体的固结速率,讨论了增设竖向排水板对坝基淤积土固结效果的贡献,并通过改变模型中土的渗透系数,探究了不同渗透系数下竖向排水对固结效果的影响。结果表明:1坝前淤泥面加坝过程中,淤积体内最大超静孔隙水压力出现在某一层加坝施工结束时,此时土体有效应力最小,稳定性最差;2布置竖向排水体对促进淤土坝基固结的效果较为显著,理想状况下可缩短约70%的工期;3土体渗透系数越小,布设塑料排水板对加快土体固结速率的贡献越大。