吹填淤泥自重固结方程的有限差分解

考虑吹填淤泥落淤阶段以自重固结为主,以及自重固结过程中渗透系数及有效应力与体积分数之间的非线性关系,在合理假定条件下,推导了一维自重固结方程.采用Crank-Nicolson型差分格式对方程进行离散,编制了差分数值解程序SFCCP,对落淤后自重固结过程中吹填淤泥孔隙比的变化进行了数值模拟,结果与现场测试结果较为吻合,验证了分析方法的合理性与差分数值解程序的正确性,同时为软基处理前落淤后吹填淤泥的土性参数提供了一种预测方法.     

滨海吹填土固结蠕变特性试验研究

围海造陆形成的吹填土地基与天然形成地基的工程特性存在诸多差异,为了保证吹填土地基的长期稳定性和安全性,有必要揭示吹填土与天然土工程特性的差异。利用单向固结仪,开展了不同加荷方式下滨海典型软土和围海造陆吹填土的蠕变特性试验对比研究,得到了不同试验条件下土体的应变、应力和时间的关系,对比分析两种软弱土蠕变性状的差异和影响因素,同时给出次固结系数的变化规律。试验结果表明,分级加载下两种滨海软土均具有明显的非线性蠕变特性,高应力水平下经排水加固的吹填土最终变形量明显低于软黏土,而次固结变形较大;吹填土的一维固结蠕变特性受加荷比和试样高度影响,加荷比越大、高度越高土样最终蠕变量越大;次固结系数与加荷比和荷载等级有关,表现为次固结系数随荷载增大先增大后减小,峰值随加荷比增大而减小。     

考虑有效应力的软土固结系数变化规律

在渗透系数与孔隙比以及有效应力和孔隙比的2类经验回归拟合关系的基础上,推导出固结系数和有效应力的表达式,通过算例和室内试验研究了不同固结应力软土压缩过程中固结系数的变化规律,同时提出考虑有效应力的软土固结系数三次多项式拟合回归方程.研究结果表明:随着有效应力的增加,考虑固结系数变化的软土地基固结速率,相对于太沙基固结理论预测的固结速率,会在一定程度上加快(压缩指数Cc与渗透指数Ck的比值Cc/Ck1)或减缓(Cc/Ck1)土体的固结,Cc/Ck=1时,与太沙基固结理论假设一致;采用统一的三次多项式拟合固结系数与有效应力的关系,达到了很好的拟合效果,此结果为数值分析中参数选取的准确性提供了保障,能较准确预估软土地基的变形速率.     

修正Terzaghi理论在吹填土固结计算中的应用

经典Terzaghi一维固结理论在小变形线弹性固结沉降计算中广泛应用,固结系数、压缩性、渗透性等固结参数保持为常量,但直接应用于沉降量超过50%的吹填土固结沉降会引起不可忽视的坐标误差,导致较大的预测误差,存在应用上的局限性。修正Terzaghi理论计算方法,根据有限应变理论将吹填土大变形固结沉降分段表达,同时修正应变步长上固结参数,满足经典固结理论中小变形、线弹性假定条件。通过土体渗透系数、体积压缩系数与孔隙比间拟幂次函数关系表达吹填土体非线性本构关系,固结系数不再保持为常量,而在固结过程连续变化。修正Terzaghi固结理论分段计算方法,在确定沉降应变步长内固结系数为常量,计算相应时间步长,修正土体固结系数及固结参数后进行下一应变步长计算,累加沉降量与时间步长得到土体时间维度上的大变形固结曲线。修正Terzaghi固结理论满足线弹性小变形基本假定,反映出软土固结沉降中非线性特点,计算预测结果与实测值符合良好,将经典一维固结理论推广应用到吹填土大变形固结领域。     

考虑渗透系数随时间变化及固结状态影响的一维固结计算

固结系数的不确定性是传统固结理论计算局限性的根本原因,传统固结理论计算忽略了在固结过程中渗透系数k和孔隙比e随固结状态和时间的变化。基于工程常用的5种渗透系数预测模型,结合固结度与侧限压缩量的关系,推导出孔隙比e_t的时间函数,构建渗透系数与时间及固结应力依赖的计算公式。将构建的渗透系数计算式代入固结系数C_v中,同时考虑固结状态、固结应力及时间的影响,对经典Terzaghi一维固结理论进行修正。利用已有的试验数据进行对比,讨论预测公式的适用性。最后通过工程案例计算,与Terzaghi一维固结方程和其他修正固结理论对比,结果表明：当上覆荷载较大时,需要考虑固结系数C_v的变化;同时,对比其他修正固结理论,证明了考虑孔隙比e和渗流系数k随时间变化过程的必要性。     

考虑自重影响的饱和土体一维复杂非线性固结研究

根据宁波软土室内压缩试验数据,得到渗透系数及有效应力与孔隙比的非线性关系.考虑土体自重影响,采用以孔隙比为控制变量的一维大变形固结方程,应用偏微分有限元软件FLEXPDE,研究了不同压缩指数与渗透指数比值下土体有效应力和超静孔压在固结过程中沿深度的分布规律.试验结果和数值分析表明：考虑土体复杂非线性相对于假定固结系数及其他参数在固结过程中保持不变,计算结果更符合实际.在压缩指数与渗透指数比值不等于1的情况下,两种方法计算结果差别明显.为了真实反映土体固结过程中有效应力和超静孔压的分布,应考虑土体渗透性及压缩性的非线性变化.     

围海造地软基加固试验研究

围海造地形成的吹填淤泥地基具有含水率高、压缩性高、强度极低等特点,对工程使用极其不利,必须进行加固处理.结合某工程,采用真空预压法对吹填淤泥地基进行加固,同时布置原观仪器进行现场试验研究.位移监测结果表明试验区实测地表沉降量达1 616mm,地基加固结束时的平均固结度达86%,工后沉降小于300mm;水平位移小于10mm;吹填淤泥单位厚度的压缩量达267mm/m,属于大变形的范畴;真空度和孔隙水压力监测结果表明真空度在吹填淤泥地基中的传递存在较大的沿程损失;地基加固效果检测结果表明加固后的吹填淤泥平均十字板强度达15.2kPa;吹填淤泥的土性指标得到了不同程度的改善;地基承载力大于60kPa;地基加固达到了预期的效果.探讨了真空预压加固吹填淤泥地基存在的问题,建议进一步开发土工水箱来改进吹填淤泥地基加固方法.     

连续排水边界下非线性饱和土体一维热固结解析解

为探究受温度影响的非线性饱和土体的一维固结特性,基于孔隙比变化是由有效应力和温度引起的假设,根据热平衡方程和连续性方程建立考虑热效应的一维非线性固结方程。采用分离变量法及Laplace变换获得连续排水边界下考虑土体非线性的一维热固结问题的解析解,通过与现有两种解析解对比,验证此解答的正确性。基于所得解答,详细讨论热扩散系数与固结系数比值、温度增量、界面参数及非线性参数对土体固结特性的影响。结果表明：温度增量越大或界面参数越大时,土体的固结速率越快;按沉降定义的固结速率随非线性参数的增大而增大,而按孔压定义的固结速率随非线性参数的增大而减小;热扩散系数与固结系数的比值较大时,前期热固结速率明显快于不考虑温度作用的固结速率,采用热加固法处理地基时,有必要先测定热扩散系数和固结系数,以确定是否适合采用热加固法。     

固结条件下上海软土微观特征研究

为探讨上海软土固结过程中微结构变化机理,运用高分辨率场发射扫描电镜对上海第四层软土单轴固结过程中不同固结压力水平下的土样进行试验。结果表明:固结加载初期,随着固结压力的增大,软土孔隙比显著下降,土体密实度增大;平均形状系数初期显著增大,孔隙圆滑程度明显上升;孔隙概率熵显著下降,孔隙排列的定向性及有序性增强。固结加载后期,土的微观结构参数随固结压力的变化逐渐趋于平缓。在固结压力的作用下,孔隙的尺度、形态、排列等微观特征显著改变,且微观结构参数能较好地反应宏观力学性能。     

舟山钓浪围垦吹填土模拟试验研究

通过在室内对吹填淤泥进行模拟试验,测定了吹填淤泥沉降后的容重、孔隙比及含水量等物理指标的变化过程,证明了吹填泥浆在静水中的沉降过程可以划分为两个阶段,即细颗粒絮凝下沉为主的沉积阶段和泥浆自重固结阶段.通过对其力学指标进行的初步研究,证明吹填淤泥在经过一定时间的固结后具有了一定的承载力,可以用加固饱和软粘土地基的方法对吹填区域进行加固.     

饱和土体一维大变形固结系数研究

本文在一维大变形固结理论研究的基础上,给出了大变形固结系数的定义及其不同描述方法时的具全表达式。     

砂井地基径向非线性固结解析

基于砂井等应变固结模型,考虑初始有效应力沿深度变化,忽略井阻和竖向排水固结的影响,应用平均孔隙比与平均有效应力的对数关系,建立砂井非线性径向排水固结的分层计算模型,并求得常荷载作用下的径向排水固结解析解.在变荷载作用下,把变化阶段的荷载划分为一系列不连续的剧加荷载,导出有效应力的递推公式.结果表明,因自重应力随深度增加,土层径向排水平均固结度随其埋深而增大.如把整个厚度范围内自重应力取为平均值,将使计算的沉降量偏小,径向平均固结度偏大.     

改进的最小二乘法计算固结系数

目前计算固结系数常用的方法是时间对数法和平方根法,这两种方法属于作图法,同时这两种方法仅利用了试样固结试验中沉降量与时间关系曲线中较少的数据,人为因素影响较大,确定固结系数有一定误差,因此,如果利用固结过程中的实测数据直接求出固结系数将会是一种较好的计算方式。针对这种情况,采用工程上通用的最小二乘法,通过公式推导,改进边界条件,得出了实测数据与固结系数的关系公式,并用Matlab编程得到了固结系数的求解过程,由于采用计算机运算,从而避免了对固结初始值的依赖,减少人为因素的影响。计算结果表明,计算公式计算效果良好,有效的减少了计算中的误差。     

等应变条件下的双层理想井地基固结理论

本文建立了Ｂａｒｒｏｎ等应变条件下的双层理想地基固结理论，并为些编制了微机程序、绘制了固结计算曲线，文中还论述了理论解中特征根的变化规律，并就土层的水平向固结系数、渗透系数、井径比以及底面排水条件对双层理想井地基固结的影响进行了分析。     

半透水边界砂井地基的真空预压固结解

针对砂井地基顶部存在垫层和底部存在下卧层的现状,采用半透水边界来反映它们对砂井地基固结的影响。假定地基变形符合等应变条件,考虑水平向渗透系数沿半径发生变化,建立了上下边界为半透水边界时真空预压砂井地基的固结理论,通过分离变量法获得固结度和沉降的级数解析解答,分析了底部透水系数、顶部透水系数、井阻、渗透系数沿半径分布特性对砂井地基固结度和沉降的影响规律。研究表明,当底部半透水时,最终负孔压和有效应力呈现出沿地基深度衰减的变化规律。当其它条件相同时,底部透水系数越大的地基固结度越大,但最终沉降和径向固结时间因子相同时的固结沉降却越小。当底部边界不透水时,最终沉降不会随着顶部透水系数改变而改变。但当底部边界半透水或完全透水时,最终沉降随着顶部透水系数增大而增大。顶部透水系数越大的地基固结度越大,径向固结时间因子相同时的固结沉降也越大。均匀井阻的大小不会影响负压最终竖向分布特性,也不会改变最终沉降,但会明显降低砂井地基固结度,延长固结完成时间。渗透系数径向分布模式会对砂井地基的固结度产生影响。工况一计算的固结度最大,工况二计算的固结度最小,工况三计算的固结度介于工况一和工况二之间。半透水边界对真空预压砂井地基固结过程的影响规律与堆载预压砂井地基相比存在明显不同。     

不同固结度下软基土的力学特性

采用三轴试验装置进行了不同固结度下的软基土的固结变形、渗透及强度特性的试验研究,得出软基土固结过程中渗透系数、强度特性的变化规律。