半无限空间饱和土一维热固结精确积分解

基于Coussy提出的饱和多孔介质热–水–力耦合理论,给出考虑热渗效应和等温热流效应的饱和土热固结耦合控制方程,然后通过正弦和余弦变换方法,结合Hamilton-Cayley定理,给出了两类任意非齐次边界条件下,半无限空间饱和土一维热固结精确积分解的求解方法,避免了Laplace变换处理复杂边界问题时的数值反演.最后,通过算例验证了本文解析解的正确性,并分析了半无限空间表面透水或不透水时,饱和土体在季节性温度荷载作用下的温度、超静孔压和位移响应特性.结果表明:温度、超静孔压和位移受季节性温度荷载影响而呈现周期性波动,表面不透水情形的土体超静孔压和位移响应明显高于相应的表面透水情形的土体响应.     

地表温度周期波动的饱和土一维热固结解析解

针对地表温度周期波动的饱和土一维热固结问题,建立相应的热固结模型。利用偏微分理论,得到土层内部超静孔隙水压、温度增量的解析解,并进而得到地基沉降的表达式,由此分析饱和土的一维热固结性状,并与Terzaghi解进行比较。结果表明:热固结性状与温度增量、热传导速率、温度波动周期等有关;受地表温度周期波动的影响,超静孔隙水压、沉降也会出现波动性。     

饱和土体圆柱形热源热固结问题的一个近似解

在考虑土骨架和孔隙水热膨胀特性差异的基础上,根据力平衡条件、有效应力原理、能量守衡定理及线弹性应力–应变关系,建立了考虑耦合效应的饱和土体热固结问题控制方程。利用 Fourier 变换、Laplace 变换及其逆变换,给出了热固结问题的求解方法。对一无限长圆柱形热源向外传导和扩散问题进行研究,给出了非等温条件下周围饱和土体的温度、孔隙水压力和位移的解析解,并对其变化规律进行研究,分析了热固结系数等参数的影响。     

单层饱和多孔介质一维瞬态响应半解析解

基于Biot饱和多孔介质一维波动控制方程,给出具有普遍意义的一般性透水边界条件、任意初始条件和任意竖向荷载作用下单层饱和多孔介质一维瞬态响应定解模型。首先提出可通过调整相应参数实现采用孔压p和液相相对位移w的线性组合来表示不同的透水边界。之后采用分离变量法求得无阻尼控制方程的特征值和特征函数,利用待定系数法和特征函数的正交性,将原问题转换为求解时域内一系列阻尼项耦合的常微分方程组的初值问题,采用精细时程积分法给出瞬态响应问题的半解析解。同前人研究相比,提出的半解析解具有普遍意义,可精确退化至前人结果,通过与文献不同边界条件的结果对比,验证了解答的正确性。最后,系统分析了不同透水条件下瞬态响应的特点,结果表明半透水条件下响应介于透水和不透水之间,在阶跃荷载下,位移呈现先增大后减小的变化模式,入射波和反射波产生相同相位的孔压。

     

任意竖向荷载作用下单层饱和多孔介质一维瞬态响应精确解

基于Biot理论,考虑流体和固体颗粒的压缩性以及惯性、黏滞和机械耦合作用,得到了表面任意竖向荷载作用下单层饱和多孔介质一维瞬态响应的精确解。文章首先导出了以无量纲位移表示的矩阵形式的控制方程,并将边界条件齐次化。采用分离变量法求解不考虑黏滞作用的特征值问题,得到一组关于空间坐标的正交函数基。在此基础上,利用变异系数法和基函数的正交性,得到一系列可以通过状态空间法求解的相互解耦的关于时间的二阶常微分方程组及相应的初始条件。最后通过算例验证本文的正确性。     

多层饱和地基三维Biot固结问题的一个理论解

从直角坐标系下三维饱和弹性土体的控制方程出发,通过引入中间变量和积分变换,构造出一组有6个参量的状态方程和一组有2个参量的状态方程,求得单层土Biot固结问题的传递矩阵;将传递矩阵应用于多层体系中的每一层,结合边界条件和连续条件,得到多层土Biot固结问题变换域内的解;通过相应的积分逆变换,求得该问题物理域的真实解.同时,对求得的解进行分析以验证其正确性.     

一种用于饱和土的热固结试验装置及其应用

介绍一种用于饱和土圆柱形试样的热固结试验的温控固结压力室系统,可用来测定变化温度荷载和外力荷载耦合作用下试样的热固结变形量。该试验装置压力室内温度可在17℃～100℃范围内变化,同时可承受较高的等向周围固结压力（0～3 MPa）。分析了该试验装置的基本原理和测试方法。此外,针对一种典型的黏性土,研究了温度诱致的饱和黏性土的热固结变化规律,对试样的温度演化过程、孔隙水压力变化以及热体积应变的测定等问题进行了分析。     

饱和城市固废一维降解固结解析解

填埋后的城市固废因降解产生固相质量损失,从而造成在外力作用下的固结是一个相当复杂的过程。为研究饱和城市固废的降解固结特性,建立了一维降解固结普遍模型;基于已有城市固废降解、压缩和渗透特性研究,获得了考虑可降解固相水解、胞内水释放为孔隙水及降解导致压缩性衰变的一维降解固结简化模型;基于简化模型,针对饱和城市固废填埋层底部淤堵不透水和顶部自由排水工况,获得了一维降解固结解析解。针对国内填埋场新鲜城市固废的计算结果表明:在瞬时常荷载作用下,固结初期,填埋层底部的超静孔压值会超过初始值,这主要是因为降解引起固相质量损失导致骨架疏松、压缩性增大;固结后期,整个填埋层出现负的超静孔压,这是因为后期填埋层孔隙比因固相质量损失而增大,而压缩性衰变相对较小。参数敏感性分析表明:降解引起的次压缩速率越大,固结初期超静孔压越大;增加填埋层的先期固结压力会延缓超静孔压的消散。     

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。     

中俄原油管道漠大线运营后面临一些冻害问题及防治措施建议

冻结法应用及寒区施工中常采用高温热水强制融化冻土,针对饱和冻土在高温下的一维融化过程,建立了理论模型并给出了模型的解析解答。模型包含传热及热固结两部分,前者为全区域考虑未冻水的相变热传导过程,后者为融区内土体在温度、荷载及自重作用下的热固结过程。传热部分在文献中已有温度场、融化界面的解析解答,而融区内超静孔压的解析解答由本文推导获得。在忽略土颗粒、水的热膨胀作用后,模型和解答可以退化为Morgenstern和Nixon的经典冻土一维融化固结模型。利用模型解答对冻土在高温下一维融化过程中超静孔压、沉降进行了计算分析,结果表明：热压作用在热固结强度因子ε为正时会减小超静孔压,该效果随着ε增加而增强;减小融化固结比R或增大导温固结比F均扩大热压作用的相对影响范围,但前者使热压作用在融区内趋于均匀,后者会增加整体的热压作用;增加自重时间因子W_r几乎不改变热压作用强度及相对影响范围;高温的净效果使融土产生膨胀,但其影响小于普通固结沉降,因此总体效果仍表现为沉降。

     

内外边界施加温度荷载的中空圆柱试样热固结试验

研制了一个轴对称的适用于中空圆柱试样的热固结试验装置。该装置可独立施加和控制试样内、外的温度荷载,并保持试样径向温度梯度的存在,且可施加径向固结压力,适用于特定的温度和应力耦合作用路径的试验。进行了一种饱和黏性土的热固结试验,即在试样内边界和外边界交替逐级施加范围为25℃~75℃的温度荷载,包括径向压力为50,100,150,200 kPa的4种情形,分析了孔隙水压力及热固结体应变随时间的演化过程。研究表明,加热等级和加热次序不同,在同样的最终温度荷载下孔隙水压力稳定后的最大值有较大差异而体应变也不同,实际上反映了温度荷载作用路径对试样热固结效应的显著影响。     

考虑温度效应的固结问题有限元分析

研究热固结问题需考虑诸多因素、试验条件不易控制且所需时间长从而难以实现,因此辅以数值计算手段具有十分重要的意义。本文根据饱和土体热固结问题中温度、渗流及应力之间的复杂耦合关系,系统地探讨了二维有限单元方法的求解过程,并在FORTRAN语言环境下研制了相应的计算机分析程序APOSE-T。文中选取一典型算例并进行适当改编,应用APOSE-T程序分析研究土体热固结问题的主要规律,同时也考证了程序的正确性。研究表明,水和土颗粒的压缩性一般对孔压的变化速度有延缓作用,但对固结效果影响不显著,故一般的固结分析时可以忽略;在不考虑自身发热条件下,研究域内经历先升温然后降温的过程,但在升温前的短时间内有微小的降温,且温度对固结的影响时间不长。本文的研究成果为分析热固结过程提供了一条有效途径。     

不排水升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应

通过室内试验,研究不排水条件下反复升温–降温过程引起的饱和粉质黏土的热力学响应。研究表明,在饱和粉质黏土升温–降温的整个作用过程中,试样的温度变化过程在每一个循环内是一致的,而与围压和温度循环次数无关。在每个循环的温度升高过程中,孔隙水压力不断增大并趋于稳定值,且增长趋势类似。同时,归一化最大孔隙水压力随循环次数的增加而增大。在降温过程中,随着温度循环次数的增加,归一化孔隙水压力下降的速率似乎减慢,而残余孔隙水压力则逐渐增大。此外,随着围压的增大,归一化残余孔隙水压力有减小的趋势。随着温度升高,孔隙水和固体颗粒的热膨胀效应导致试样的体积明显增大,而当温度下降时,试样的体积又不断减小并趋于零。     

埋置式条形基础作用下饱和土的固结分析

用有限元方法对埋置式条形基础作用下饱和土的固结情况进行了计算分析,并对各影响因素对平均固结度的影响性质作了介绍,通过分析得出了各种埋置情况下固结度的基准曲线.     

饱水土层强夯施工的一点经验

本文介绍了一个饱水含细粒土的砾类土层强夯成功的实例，并叙述了作者对高含水量一饱水上层强夯施工的一些体会。     

砂井地基双面排水固结问题的研究

用传统的固结理论分析方法研究了砂井加固软土地基的单向、径向和三维固结问题。探讨了单一砂井双面排水情况下软土地基的平均固结度计算方法，提出了固结度计算的新的修正方法，对软土地基内路基设计具有一定的指导意义。