变荷载下基于指数渗流一维固结半解析解

考虑实际工程中的变荷载,对基于指数形式渗流定律的一维固结问题进行计算分析.通过采用数值离散与成层地基线性固结解析解相结合的半解析方法得到一系列的固结曲线.分析仅在某一参数发生变化时的一维固结性状.结果表明：固结速率在固结初期随渗流指数的增加而增加,在固结后期随渗流指数的增加而减少;当指数<1时,作用在地基上的荷载越大则固结速率越小;当指数>1时,荷载越大固结速率越大;无论渗流指数为何值,在相同的固结时间下,地基平均固结度都会随着地基土层厚度的增加而减小;固结速率随着加荷速率的增加而变快.     

堆载-电渗联合作用下双层地基一维固结解析解

实际地基处理中,电渗与堆载预压常常联合使用。然而目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答较为鲜见。针对现有理论的不足,基于Zhao提出的双层地基中水力渗透系数与电渗渗透系数的关系假定,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基一维固结方程。利用特征函数法获得瞬时堆载和线性堆载下双层地基一维电渗固结解析解。通过与现有解析解和电渗固结试验结果对比,验证了本文解答的可靠性。基于该解答,详细讨论了土层参数及荷载参数对双层地基固结特性的影响。结果表明：当下层土的渗透性高于上层土的渗透性时,由于电渗作用导致地基中间土层在固结初期流入的水量大于流出的水量,造成超静孔隙水压力在固结初期上升及有效应力在固结初期下降的现象;降低下层土的压缩性能够提高双层地基的沉降速率和超静孔隙水压力消散速率;与单纯电渗固结相比,电渗联合堆载作用不仅能提高地基沉降速率,还能提高固结后的地基强度,更有利于减小工后沉降和加快地基处理速率。     

考虑起始水力梯度时饱和黏土的一维固结

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程，修正了Terzaghi饱和黏土一维固结理论，并用有限体积法进行了求解．计算结果表明，只要起始水力梯度大于0，地基的固结速度就慢于Terzaghi固结理论值．而且除固结系数外，起始水力梯度，土层厚度以及上覆压力也都对地基的固结有显著影响．另外，还证实．当主固结完成时，地基中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散．     

考虑起始水力梯度时变荷载饱和黏土一维固结

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,将Terzaghi饱和黏土一维固结理论推广至可以考虑地面荷载随时间变化的情况,并给出了有限体积法数值计算格式.在此基础上,讨论了起始水力梯度和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明,起始水力梯度越大,地基的固结速度就越慢,且最终固结度小于1;而施工速度的影响主要体现在施工期和竣工初期.     

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。     

考虑应力历史的双层地基一维固结问题

基于单层超固结饱和土固结理论，针对不同排水条件、变荷载和自重应力沿深度实际分布及考虑应力历史影响的双层地基固结问题，提出了相应的一维固结方程，并利用半解析法编制了求解该问题的Fortran程序ODLCADOS.通过典型的算例，揭示了考虑应力历史影响的双层地基一维线性固结性状.研究表明，考虑应力历史影响比未考虑应力历史影响时，地基沉降小，固结发展快；荷载的大小、上下土层先期固结压力、土体压缩性和渗透性的变化等对双层地基的固结性状均有明显影响.     

越流系统中弱透水层的一维固结解及分析

针对越流系统中弱透水层的固结问题,推导了任意基准面下以水头表示的一维固结控制方程,建立了越流系统中弱透水层的一维固结模型,给出了压缩量和平均固结度的解析解,分析了越流引发弱透水层固结变形的本质,并给出了计算实例和平均固结度的查询表格.研究结果表明：渗透力引起有效应力的增加是土层发生变形的根本原因;弱透水层在1 m越流水头差作用下,能够产生相当于弱透水层顶面施加5 kPa均布荷载所引起的总压缩量;越流系统中弱透水层的一维固结与经典的太沙基一维固结理论相比,达到了相同的固结度,但前者所需时间仅为后者的1/4.     

动静荷载耦合的固结计算问题研究

研究动静荷载耦合条件下的孔隙水压力发展规律,分析了动荷载和静荷载作用下固结系数的区别．建立了动静荷载耦合的基本固结微分方程式并就几种典型情况给出其一般解析解．最后给出它的具体应用．     

连续排水边界下成层地基一维非线性固结解析解（英文）

为了研究边界排水时间效应对固结过程的影响,引入连续排水边界研究成层地基一维非线性固结问题。通过引入孔隙比与有效应力之间的非线性关系,建立了瞬时荷载作用下成层地基固结问题的控制方程,进而获得按沉降定义和按超静孔隙水压力定义的平均固结度以及成层地基沉降的解析解。通过与有限差分解析解对比以及现有解析解对比验证了所得解析解的正确性。基于所得解,通过详细的参数分析研究了成层地基一维非线性固结特性。结果表明,排水界面参数对成层地基的固结性状有很大影响,固结速率随界面参数的增大而增大。在连续排水边界条件下,按沉降定义的平均固结度随有效应力比的增大而增大,而按超静孔隙水压力定义的平均固结度随有效应力比的增大而减小。     

长板-短桩复合地基的固结解析解

为了研究长板-短桩复合地基施工后的固结问题,通过采用不透水桩联合砂井的组合桩模型并考虑竖井的体积变化和涂抹效应,提出了塑料排水板和水泥土搅拌桩共同作用下的土体固结控制方程,得出了孔压和固结度的解析表达式.结果表明：本文解与现有解的固结方程形式一致,只有参数具有差异,表明本文解的固结度慢于现有解;当井径比较大和竖井扰动区影响较大时,本文解与实际情况相符,所得结果更精确.     

变荷载下考虑起始水力坡降与连续排水边界的固结解

采用连续排水边界的必要性及软黏土中水的渗流存在着起始水力坡降(i₀)的现象已逐渐被认识,但变荷载下同时考虑连续排水边界条件和起始水力坡降的一维固结解析解还鲜见报道。针对外荷载随时间逐渐增加的实际情况,建立变荷载下同时考虑连续排水边界和起始水力坡降的固结模型。采用傅里叶变换及拉普拉斯变换获得模型的近似解析解,利用该解答分析动边界移动规律、超静孔隙水压力随时间的消散规律及平均固结度的增长规律。结果表明：在加载速率不变的情况下,起始水力坡降下排水面透水情况对固结性状的影响与其在达西定律下相同,透水情况越好,孔压消散速率越快;透水情况越差,超静孔隙水压力消散速度越慢。与完全透水边界条件下相比,连续排水条件下起始水力坡降i₀对固结性状影响无明显改变,i₀越大,移动边界到达土层底部的时间越长,固结完成时土中残留的超静孔压越大,按孔压定义的平均固结度越小;i₀值越小,移动边界到达土层底部的时间越短,固结完成时土中残留的超静孔压越小,按孔压定义的平均固结度越大。在起始水力坡降和边界排水条件不变的情况下,随着加载时间的增加,超静孔隙水压力峰值越小,超静孔隙水压力达到峰值的时间越长,但加载时间对超静孔压残留值及按孔压定义的最终平均固结度无影响。     

层状土半透水边界一维固结分析

本文给出双层土在边界半透水情况下的一维固结解答，分析了层状土半透水边界一维固结特性，并举例说明了该解的实际应用．     

变荷载下成层地基一维非线性固结分析

首次将e—log10σ′和e—log10kv关系引入了成层地基一维非线性固结问题的研究之中，建立了能综合考虑荷载、土的成层性和自重等因素影响的固结控制方程，基于半解析法，采用Fortran语言编制了相应的计算程序NAODCLS，并利用该程序分析了变荷载下成层地基一维非线性固结的性状，结果表明，在成层地基非线性固结过程中，超孔压消散速率和沉降发展速率是不一致的；与将土层自重应力取为常值的作法相比，当考虑自重应力沿深度实际分布时，地基固结加快，而沉降量则增大。     

层状地基一维固结数值方法与应用

本文采用数值方法，求解层状地基考虑施工荷载变化的固结微分方程，通过计算，揭示了成层地基的固结特性，说明考虑实际土层分布的必要，为工程中求解一维固结问题提供简便可靠的计算方法。     

Analytical solution to one-dimensional consolidation in unsaturated soils under sinusoidal cyclic loading

An analytical solution was presented to the unsaturated soil with a finite thickness under confinement in the lateral direction and sinusoidal cyclic loading in the vertical direction based on Fredlund’s one-dimensional consolidation equation for unsaturated soil. The transfer relationship between the state vectors at the top surface and any depth was gained by applying the Laplace transform and Cayley-Hamilton mathematical methods to the governing equations of water and air, Darcy’s law and Fick’s law. The excess pore-air and pore-water pressures and settlement in the Laplace-transformed domain were obtained by using the Laplace transform with the initial and boundary conditions. The analytical solutions of the excess pore-air and pore-water pressures at any depth and settlement were obtained in the time domain by performing the inverse Laplace transforms. A typical example illustrates the consolidation characteristics of unsaturated soil under sinusoidal loading from analytical results. Finally, comparisons between the analytical solutions and results of the numerical method indicate that the analytical solution is correct.