基于GDS固结渗透试验吹填土固结系数研究

基于一维大变形固结方程,给出了不同描述方法时大变形固结系数的表达式,采用软黏土渗透系数及有效应力与孔隙比间的半对数线性关系和幂函数关系,探讨了大变形固结系数随孔隙比的变化规律,提出了大变形固结系数随孔隙比变化的条件关系式,并应用于GDS固结渗透试验吹填淤泥固结系数变化特征分析.研究结果表明:1)存在临界孔隙比,将3种定义的大变形固结系数分成不同变化特征的单调区间,利用条件关系式能较好地判断大变形固结系数的变化规律.2)深圳前湾吹填淤泥大变形固结系数随孔隙比的减小变化幅度达1～2个数量级,比小变形固结系数的变化幅度更大,在对吹填淤泥等超软土进行大变形固结计算时,应先明确大变形固结系数的变化规律.     

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。     

物质描述的大变形固结理论及有限元法

本文用物质描述方法，给出了饱和土大变形固结控制方程的矩阵形式。在此基础上，建立了基于初始构形的大变形固结增量有限元法，并对非线性的增量有限元固结方程的求解进行讨论，引入了自修正迭代算法。     

分层真空预压软土地基一维大变形固结模型及试验研究

基于以有效应力为控制变量的一维大变形固结方程，考虑固结过程中孔隙比及渗透系数随时间的变化，建立了分层真空预压多层软土地基的一维大变形固结分析模型，并利用差分法进行了数值求解.分析表明，分层真空预压软土地基能够大幅提高软土地基的固结速率，软土的初始孔隙比及初始渗透系数对分层真空预压软土地基的固结速率有较大的影响.与模型试验结果的对比表明，该模型较合理地反映了分层真空预压下土体的变形和固结性状.     

饱和土体一维主固结解析方法研究

从理论上探讨小应变与大应变两类固结理论的联系和区别，并分析了应用Lie群变换法求解非线性畦结方程的一些问题，给出了固结方程的相似变换及其物理解释，最后，就一些简单情况，得到大变形固结方程的完整解析解，为数值计算的有效性提供合理的参考，计算结果表明，固结期间按大变形假设所得的沉降量要大于按小变形理论所得的沉降量，但是由两种理论所得的最终沉降量相同。     

考虑变形耦合的一维大变形固结分析

给出了考虑地下水浸没作用、大变形效应等因素影响的饱和土体一维固结理论，并提出了相应的沉降计算的一种改进方法。通过建立按应力定义和按应变定义的固结度之间的解析关系，可以分析固结过程中孔避开水压力消散与变形的耦合作用，采用有限差分法进行固结方程的求解，并讨论了上述因素以及土体压缩性、土层厚度和堆载压力等对固结特性的影响。通过与传统太沙基固结理论的比较，表明考虑地下水浸没和大变形效应对低路堤的变形发展有着显著的影响，而对孔隙水压力的消散速率影响不大。     

软粘土的次固结变形特性

在笔者所改装的应力式三轴压缩仪和一维压缩仪上,用杜湖、杭州和萧山三种粘土做了一定数量的固结试验。基于这些试验资料的分析,提出了一种新的主、次固结变形划分法,同时还探讨了固结应力和应力比对次固结系数的影响、固结后期的孔隙水压力、高载增量比对次固结变形比例的影响。根据室内外试验资料,分析了主固结阶段的粘滞蠕变效应。结果表明,主固结阶段的粘滞变形很不显著,可忽略不计。     

尾矿砂固结系数变化规律试验研究

为了探究尾矿砂固结系数随干密度及压力的变化规律,本文分别对不同粗细颗粒、不同干密度的尾矿砂进行标准固结试验,以时间平方根法求取固结系数,并进行相关分析.试验表明,尾矿砂在固结压缩起始阶段变形最大,有显著的瞬时压缩变形,稍后变形逐渐趋缓;尾矿砂的固结系数皆随着压力的增加而下降,压力小于200 kPa时,固结系数下降较快,当压力达到200 kPa以后,固结系数下降趋缓.固结系数随着尾矿砂干密度的增大而减小,且粗粒尾矿砂比细粒尾矿砂的固结系数更大.     

真空动力固结软土地基流固耦合动力特性分析

针对真空动力固结饱和软土地基过程产生的大变形和流固耦合特征,基于大变形非线性有限元法构建了轴对称流固耦合模型,并引入人工边界条件模拟夯击波的传播,同时采用精细时程积分和两点递进格式相结合的交替迭代算法对模型进行解耦计算。结果表明:真空动力固结有效影响半径可取2.5 r,平均有效加固深度宜取9.0 m,真空负压和动力固结冲击荷载相互影响对于饱和软土地基位移增幅效果明显,且可以显著降低软土地基液化的可能性。同试验值的对比结果也验证了数值分析的有效性。     

部分排水条件下饱和红黏土循环试验研究

为了研究交通荷载作用下路基天然黏土层的长期动力特性,采用GDS循环三轴系统,对赣南地区的路基红黏土开展部分排水条件下大次数循环荷载试验.研究部分排水条件下红黏土的孔压累积和模量变化情况,分析循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比对红黏土累积变形的影响.研究结果表明,红黏土的最终竖向累积变形随循环应力比和初始固结应力比的增大而指数型增大,随平均初始固结压力的增大而线性增大,提出考虑循环应力比、平均初始固结压力、初始固结应力比和循环次数的累积应变模型,通过不同动应力状态下红黏土累积应变随循环次数发展曲线的归一化表明了该累积应变模型的正确性.     

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.     

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.     

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。     

长期反复荷载作用下软黏土地基的变形特性

软黏土地基在长期反复荷载作用下容易产生变形大、沉降时间长且难于预测等问题。针对该问题,通过太沙基一维固结理论,求解了矩形及梯形反复荷载作用下软黏土地基的一维固结解析解;利用ABAQUS有限元软件,提出了一种反复荷载作用下软黏土地基长期固结变形的数值分析预测方法。利用该方法结合工程实例详细分析了反复荷载下软黏土地基沉降、孔隙压力和有效应力及孔隙比等随时间的长期发展变化规律,发现沉降量与反复荷载的水平加载段时间成正比;孔隙水压力的最终发展趋势是围绕0值上下波动;有效应力随着加载次数逐渐增加;孔隙比的变化与土层深度、加载大小与加载次数有关,并将不同荷载类型下的模拟值、理论值和实测数据进行了分析比对,发现等效的反复荷载下的沉降曲线与实测值吻合较好。     

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.     

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。     

结构性对黏性土渗透性状的影响研究

利用改进的固结渗透仪,通过对天然沉积软黏土原状样及重塑样进行固结渗透试验,对比分析了压缩过程中天然沉积土原状样与重塑样在同一孔隙比和同一应力水平下的渗透性状。研究结果表明,天然沉积土原状样e—logkv,曲线位于重塑样的右边,但是两者差别不大;原状样的logk,-logoσ’,关系曲线位于重塑样的上方,天然沉积土原状样与重塑样同一应力水平下的渗透系数的比值随着应力水平的增大而先增大后减小,在原状样固结屈服压力时达到最大值。