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.     

起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响

针对粘土中孔隙水渗流存在起始水力梯度的现象,将考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程引入传统的砂井固结理论对其进行修正,并给出了真空预压下砂井地基固结近似解。探讨起始水力梯度对真空预压下砂井地基固结过程的影响,包括渗流前锋面的运动规律、孔隙水压力的分布变化规律和平均固结度的变化规律。结果表明,由于存在起始水力梯度,会延缓真空压力的传播,进而影响孔隙水的渗流和整个土层的固结速度。起始水力梯度越大,滞后现象越明显。此外,起始水力梯度的存在将使平均孔隙水压力逐渐趋于某一稳定值,但无法达到真空压力,所以最终平均固结度将小于100%,且其值随起始水力梯度的增大而减小。     

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明：由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.     

考虑非Darcy渗流的砂井地基弹黏塑性固结分析

为进一步研究饱和软黏土的砂井固结机制,采用Hansbo渗流方程描述渗流速度与水力梯度之间的非线性关系,同时引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述土体的弹黏塑性变形,重新推导理想砂井地基固结方程,给出隐式有限差分法求解的离散格式,并编制相应的Fortran计算程序.通过与已有砂井地基非线性固结解析解的对比,证明了求解方法的有效性.随后,探讨UH模型参数及Hansbo渗流参数对砂井地基弹黏塑性固结的影响规律.结果表明:土体主、次固结耦合机制是引起固结初期超孔隙水压力升高的主要原因,而且土体的黏滞性和渗流的非达西特性延缓了固结中后期砂井地基中孔隙水压力的整体消散.另外,在流变固结后期,增大渗透指数将加快固结进程.     

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。     

吹填珊瑚岛礁钙质软泥的渗透特性试验研究

钙质软泥作为吹填珊瑚地基土的一部分，其渗透特性对于岛礁工程的建设具有重要意义。基于GDSPERM全自动环境岩土渗透试验系统对南海某岛礁钙质软泥进行系列固结渗透联合试验，探究孔隙比、固结历史、固结压力、水力梯度和孔隙液离子浓度对钙质软泥渗透特性的影响，并对钙质软泥孔隙比与渗透系数之间的非线性关系进行拟合分析，得出钙质软泥的系列渗透规律。结果表明：钙质软泥的渗透系数约为10^-6 cm/s，且不随水力梯度的变化而变化，存在初始水力梯度；固结历史对钙质软泥渗透性有较大影响，在孔隙比相同的条件下，未经固结的土样呈现出更低的渗透性能；钙质软泥的渗透系数随固结压力的增大而减小，减小幅度不超过一个数量级；随着孔隙比的增大，钙质软泥的渗透系数也相应增大，两者呈非线性关系，"lg[k_v（1+e）]-lg e"模型拟合效果较好，为适用于钙质软泥的最优非线性渗透模型；钙质软泥的渗透系数随孔隙液NaCl浓度的增大而减小。     

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。     

堆载–电渗联合作用下双层地基1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。为了解决目前综合考虑堆载和电渗作用的成层地基固结解答理论的不足,假定土体中的渗透流速可由水力坡降引起的渗透流速与电势差引起渗透流速的进行叠加,建立考虑堆载和电渗联合作用的双层地基1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1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。     

刚性基础下水泥土桩复合地基固结分析

为了掌握刚性基础下水泥土桩复合地基的固结性状，建立了复合地基的固结解析式.根据固结过程中孔隙水排出量等于单元体体积减小量的关系和平均超孔隙水压力的概念，推得水泥土桩复合地基的固结方程.通过等应变假设和初始边界条件，由分离变量法针对该固结方程进行了求解，得到了桩体和桩间土的平均超孔隙水压力、平均固结度、复合地基整体固结度和固结沉降.研究结果表明，该解析式所得的计算结果与有限元分析结果相吻合，且水泥搅拌桩复合地基固结速率大于天然地基固结速率，并与现场观测的水泥土桩复合地基固结度变化趋势一致.     

考虑Hansbo渗流时施工荷载下饱和黏土的一维固结

引入Hansbo渗流方程描述非Darcy渗流,考虑施工过程中荷载随时间的变化,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并用有限体积法进行数值计算,讨论Hansbo渗流参数和施工速度对饱和黏土层固结特性的影响.计算结果表明:Hansbo渗流加剧了施工期孔压的累积,延缓了竣工后孔压的消散,地基的固结速度随Hansbo渗流参数增大而变慢,而施工速度仅对施工期和竣工初期的地基固结影响显著.     

一维粘弹性固结理论的探讨

本文从土粒内部结构及软粘土地基受荷后固结的时间效应出发,简述了粘弹性流变模型及粘弹性固结理论的适用性,推导了粘弹性固结问题计算公式,评述了计算所用粘弹性参量测定的方法及存在问题。将某工程的粘弹性理论、太沙基理论的计算沉降值与实际沉降观测值进行了比较后认为,粘弹性固结理论比太沙基固结理论较为接近实际。     

Coefficient of consolidation by end of arc method

One of the most important issues in geotechnical engineering is excess pore pressure caused by clay soil loading and consolidation. Regarding uncertainties and complexities, this issue has long been the subject of attention of many researchers. In this work, a one-dimensional consolidation apparatus was equipped in a way that pore water pressure and settlement could be continuously read and recorded during consolidation process under static loading. The end of primary consolidation was obtained using water pressure changes helping to present a new method for determining the end of primary consolidation and consolidation coefficient. This method was then compared with two classical theory methods of lg t and t. Using Terzaghi's theory, the way of pore pressure dissipation for lg t, t and the new method was found and compared with experimental results. It is concluded that the new method has better results.     

成层软黏土地基一维电渗固结理论研究

针对成层软黏土地基电渗固结问题研究甚少。在Esrig一维固结理论的基础上,利用分层法结合差分法计算得出曲线模拟方程,并且建立了成层软黏土电渗固结理论,从而获得了孔压解析解,同时将双层软黏土的孔压值与在Esrig的固结理论下的各单层土的形成对比,得出了在距离阴极前半段内,成层土孔压变化趋势与第一层土相比偏慢,在距离阴极后半段内,成层土孔压变化趋势与第二层土相比偏快．最后通过分层法和平均法得出孔压的比较．进而得出了在工程实践中可以采用平均法来替代分层法的结论．     

One-dimensional consolidation of double-layered soil with non-Darcian flow described by exponent and threshold gradient

Based on non-Darcian flow law described by exponent and threshold gradient within a double-layered soil, the classic theory of one-dimensional consolidation of double-layered soil was modified to consider the change of vertical total stress with depth and time together. Because of the complexity of governing equations, the numerical solutions were obtained in detail by finite difference method. Then, the numerical solutions were compared with the analytical solutions in condition that non-Darcian flow law was degenerated to Dary’s law, and the comparison results show that numerical solutions are reliable. Finally, consolidation behavior of double-layered soil with different parameters was analyzed, and the results show that the consolidation rate of double-layered soil decreases with increasing the value of exponent and threshold of non-Darcian flow, and the exponent and threshold gradient of the first soil layer greatly influence the consolidation rate of double-layered soil. The larger the ratio of the equivalent water head of external load to the total thickness of double-layered soil, the larger the rate of the consolidation, and the similitude relationship in classical consolidation theory of double-layered soil is not satisfied. The other consolidation behavior of double-layered soil with non-Darcian flow is the same as that with Darcy’s law.     

天然沉积软黏土渗透系数随应力水平的变化规律

以天然沉积温州软黏土为研究对象,进行了一系列的固结渗透试验,探讨天然沉积土压缩过程中渗透系数的变化规律。研究结果表明:天然沉积土由于沉积过程中受到土结构性的影响,存在明显的固结屈服压力,当固结压力小于屈服压力时压缩性小,渗透系数变化不明显;当固结压力大于屈服压力后压缩性激剧增大,渗透系数呈现明显的变小趋势,渗透系数与固结压力的关系与压缩曲线一样存在明显的拐点。基于ln(1+e)与lgσv’以及ln(1+e)与lg kv所呈的双对数坐标系下的线性化分析,提出了压缩过程中渗透系数随应力水平变化的相关关系式。     

改进的遗传算法求解固结系数

基于太沙基一维固结理论,根据遗传算法原理,推导了固结系数与固结时间的参数关系,为固结系数的求解提供了一种计算方法。该法避免了图解法的缺陷,消除了时间对数法等计算方法由于需要确定沉降初始值的误差影响。求解中根据生物进化原理,便于计算机数据处理。通过与现有方法比较,发现该方法准确、可靠和简便,可有效消除人为因素,而取得较好的计算结果。