多层地基Terzaghi一维固结解

分析了传统Terzaghi一维固结方程的求解方法的缺点及局限性,提出了结合传递矩阵的分析技术来求解多层地基Terzaghi一维固结问题的方法。运用Laplace变换法求解Terzaghi一维固结方程,得到了单层地基的初参数解及传递矩阵,然后用传递矩阵法推导出多层地基Terzaghi一维固结问题理论解答,并就单层固结与多层固结分析进行了相应的数值计算,得到了简明的解析解。结果表明:提出的计算方法计算工作量小,精度高,适于工程应用。     

连续排水边界下一维固结不排水对称面的有限元分析

连续排水边界可以修正边界透水与不透水这两种极端理想化的边界问题.在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合连续排水边界给出了连续排水边界下不排水对称面一维固结的解析解答.基于ABAQUS有限元软件开发了一维连续排水边界条件的子程序,对不排水对称面位置变化的影响因素包括边界透水性能,排水时间和渗透系数进行研究,得到了不排水对称面的变化规律.最后将该数值分析方法引入饱和软黏土中不同深度设置排水砂层进行比较,结果表明在不排水对称面位置处设置排水砂层时土体的固结速度是最快的.连续排水边界的引入有利于确定不排水对称面的位置,所得的结论和文中的有限元分析过程对促进固结理论的发展具有重要的实际价值和意义.     

常规三轴试验固结阶段的理论研究及试验验证

常规三轴试验的固结阶段属于球应力作用下的三维压缩而渗流只发生在竖向的特殊过程,与Terzaghi一维固结过程既有区别又有一定的共同点,因此不能直接用Terzaghi一维固结理论解决该问题。基于有效应力原理、Darcy定律和线性材料假设,建立常规三轴试验固结阶段的水压力消散理论方程,并进一步给出其分离变量法的幂级数解和有限元解答。算例分析表明,幂级数解在固结初期收敛性较差,只有当固结度稍大时才表现出良好的稳定性。将理论方程的计算结果与双压力室WF有效应力路径三轴试验结果比对后发现,理论方程能够揭示三轴试验固结阶段的主要特点。理论分析表明,其差异性主要在于理想假设与真实土样性质不完全相同这一客观存在。     

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。     

高饱和度土的一维连续方程及其固结分析

为了解决高饱和度土的连续性条件表述的复杂性并由此建立相应的固结方程,从质量守恒的角度,避免了非饱和土中气相体积难以确定的困难,建立了土体的一维连续方程。假设Terzaghi有效应力原理依然适用于高饱和度土,推导了一维固结方程。在Terzaghi一维固结的假设基础上,再假设固结过程中饱和度为常数,求解了解析解。然后分析了高饱和度土的固结特性。结果表明：1）高饱和度固结方程与Terzaghi的一维固结方程形式完全一致,但是固结系数不同;2）因初始瞬时变形,初期固结度与饱和土的差别较大,随后差值减小;当时间因子等于1时,高饱和度土的固结度与饱和土基本相同;3）高饱和度土的固结完成时间与相应饱和土相比较,要延长;饱和度越小,土体的压缩性越小,其固结完成时间比越大。     

半透水边界的粘弹性土层在循环荷载下的一维固结

基于Terzaghi一维固结假设,研究分析了半透水边界的粘弹性土层在循环荷载下的一维固结问题。利用Laplace变换,得到了随时间任意变化的荷载作用下的解答,并结合数值Laplace逆变换,对几种常见的荷载进行了讨论,得到了一些有益的结论,可以用于指导工程实践。     

考虑桩体固结和土体渗透性抛物线分布固结解

在传统的复合地基固结理论中,等应变条件和桩土流量连续的假设之间存在着不一致的地方。为此,抛弃了桩土界面上水流量相等的假设,考虑了桩体径向渗流引起的桩体固结和变形,同时考虑了桩体施工扰动而造成的扰动区土体水平渗透系数抛物线分布的特点,给出了此类固结问题的控制方程和解答以及复合地基固结度的表达式,并对复合地基固结度的解进行了讨论,可以看出无论井径比(影响区半径和桩体半径之比)趋于1或无穷大,本文固结解均能退化到Terzaghi天然地基一维固结的解答。最后对本文的解和以往的解做了比较,结果表明:本文解给出的地基固结度比考虑扰动区土体水平渗透系数为直线变化或者保持不变的解给出的固结度更大;随着井径比的减小,本文解和以往的解得到的固结度差值变大。     

二维及三维太沙基固结方程的解法

<正> 一维太沙基固结方程的解已为人们所熟知。对于设排水砂井的三向固结轴对称问题,巴伦（R.Barron）也已得出解答。本文从一维太沙基方程的解出发,用叠加的方法得出二维及三维太沙基方程在某些边界条件下的解。同时也讨论了多维问题的固结度概念及求算方法。     

考虑初始固结状态影响的软基固结计算方法研究

按Terzaghi一维固结理论计算的软基固结过程与实测值存在较大误差,其部分原因是该理论假定固结系数为常数,忽略了初始固结状态和固结过程对渗透系数的影响。根据达西渗透系数公式和柯森–卡门渗透系数公式以及3种固结状态土的e-lgσ关系,推导同时考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的软基堆载预压过程中的渗透系数预测公式;利用室内固结–渗透试验和已有研究探究预测公式的适用性和可靠性;将预测公式代入固结系数表达式,进而获得考虑初始固结状态和固结过程中应力状态影响的修正的Terzaghi一维固结方程;借助工程应用分析探讨了修正的Terzaghi一维固结方程的合理性。研究发现,预测公式能够快捷准确地预估软基堆载预压过程中的渗透系数变化过程;当上覆荷载较小时,修正的Terzaghi一维固结方程与原方程的计算结果相近;但当上覆荷载较大时,固结过程对土体孔隙比和渗透系数的影响较大,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果,更符合工程实际。旨在为不同初始固结状态的软基提供一种较为准确的固结计算方法。     

基于指数形式渗流定律的软土一维固结分析

在土中渗流服从指数形式渗流定律的前提下,对软黏土一维固结理论进行分析研究。首先建立考虑指数形式渗流定律的软黏土一维固结微分方程。然后采用相对稳定的Crank-Nicolson差分格式对控制方程进行时间、空间离散,得到了差分方程及其解答,并且将差分计算结果与退化到达西渗流的Terzaghi理论解析解和指数为1.5时的短时间解析解相对比,验证计算程序的可靠性。通过计算分析考虑指数渗流定律情况下的软土地基的一维固结性状,结果表明:考虑指数形式渗流情况下(指数大于1),固结速率在较小的时间因子下要比Terzaghi理论快,而在较大的时间因子下比Terzaghi理论慢,这种现象随着指数值的增大越来越显著;荷载的等效水头与土层厚度的比值对固结性状有显著的影响,比值越小,则固结速率越慢。最后,讨论了达西渗流在实际工程中的适用范围。     

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。     

李群变换求解一维非线性有限变形固结问题(英文)

在对渗透系数与孔隙比以及有效应力与孔隙比的关系作出假设的基础上 ,讨论了不同初值和边值条件下的饱和粘土一维非线性有限变形固结方程 ,同时对不同边界条件的性质进行了评价。研究表明 ,对于一些相对简单的边界条件 ,通过李群变换的方法可以得到非线性固结方程的完整解析解。最后 ,将所得到的解答与Tan&Scott的有关解答进行了分析比较 ,并探讨了求解过程中出现的一些问题     

无单元伽辽金法解固结问题

根据土体中平衡微分方程及连续性方程，结合边界条件及初始条件，应用无网格伽辽金法推导出土体二维Biot固结的系统方程并编制了相应的无网格程序。该法基于特定影响域中的一系列随机分布的结点，采用移动最小二乘法进行多项式插值构造形函数，同时，采用罚函数法处理本质边界条件，应用Crank-Nicolson积分方案对时间域进行离散。最后，通过一算例与其理论上精确解及有限元结果相比较，说明了该法的精确性和可行性。     

饱和单层土体一维热固结精确解

岩土体在非等温场下的固结响应一直是研究热点。基于考虑渗流的饱和土热固结控制方程,给出了一种三类任意边界条件下,饱和单层土体一维热固结精确解的求解方法。首先,利用函数φ将对温度和超静孔压的求解转换为对函数φ的求解,采用分离变量法,结合边界条件得到微分方程的特征函数。然后,将非齐次边界条件齐次化,利用微分方程的特征函数,采用系数变易法,给出非齐次边界条件下的精确级数解。最后,通过算例揭示土体边界的透水条件及温度变化对土体热固结响应影响显著。     

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。     

线性堆载下软黏土一维电渗固结理论与试验分析

 考虑线性堆载下水流和电流的相互作用以及孔隙水压力的消散情况,通过将单向渗流固结过程的普遍方程推广到电渗领域,建立线性堆载下软黏土一维电渗固结方程,并给出阴极排水、阳极不排水和阴阳极都排水2种情况下孔隙水压力和平均固结度的解析解。通过参数和试验分析,研究最大堆载和加载速率对孔隙水压力消散的影响,以及电压对理论固结度和试验固结度的影响,绘制不同最大堆载和加载速率时,单面排水和双面排水下孔隙水压力消散曲线、不同电压下理论固结度和试验固结度变化曲线。结果表明：最大堆载和加载速率越大,孔隙水压力消散得越快,同时最大堆载和加载速率对双面排水的影响要比对单面排水的更大;电源电压越大,理论固结度和试验固结度的增长速度都越快,在相同时间段内试验固结度的变化幅度小于理论固结度的变化幅度。     

砂井地基固结的空间渗流和群井效应的解析分析

本文从Ｔｅｒｚａｇｈｉ－Ｒｅｎｄｕｌｉｃ三维固结方程出发，对砂井地基因结的空间渗流和群井效应作了分析。文中给出的砂井地基因结的解析解可考虑群井共同作用、空间渗流和井阻作用，满足软土的上下边界条件、各砂井中的连续和井阻条件。文末作了数值计算，讨论了空间渗流和群井效应对砂井地基中的孔隙水压力消散及地基因结的影响。     

排水板真空度损耗的排水固结解析解

无砂真空预压吹填软土在国内造地工程中广泛应用,但实践表明传统固结解析解已不足以预测其加固性状和加固效果。从固结方程出发,在原有的等应变假设基础上,在定解条件中增加了吹填土特有的高度欠固结特性和无砂真空预压特别明显的真空度损耗,重新推导得到径向和竖向完全协调的新的等应变解析解——JJJ解答,以解决无砂真空预压吹填软土的排水固结设计理论问题。JJJ法作为固结方程的原生解答,兼容以往所有该类解析解的同时,增加了针对高度欠固结土类和排水板真空度损耗严重的排水固结问题的解决能力。经现场和试验验证,JJJ解析解可相当精确预测无砂真空预压吹填软土的复杂固结过程和加固土体超孔压分布和孔压消散分布,该解答同时也适用于堆载和真空预压的工况。     

散体–柔性桩组合和散体–刚性桩组合复合地基的固结解

 在考虑散体桩涂抹作用非散体桩对下卧层排水通道的减弱作用的基础上,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,进而得到散体桩–柔性桩组合和散体桩–刚性桩组合时的多元复合地基固结解析解,经与实例数值计算结果进行对比表明,该解析解基本与数值解吻合。解析解计算结果表明,土层的固结快慢与各自的渗透系数和压缩模量有关。土层渗透系数越大,刚度越大,则孔压越小,固结越快;桩径比越小,桩体刚度越大,则固结越快。说明该分析方法是可行的,且具有一定的工程应用参考价值。