两种边界条件下非饱和土一维固结特性分析

针对工程中存在的表面排气不排水、底面不渗透及表面排水不排气、底面不渗透两种边界条件下的非饱和土层进行一维固结特性研究.基于Fredlund非饱和土一维固结理论,对其固结方程作适当假定,由得到的液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换和Cayley-Hamilton定理构造顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系.通过引入边界条件,得到Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解.采用Crump方法编制程序实现Laplace逆转换,得到时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力、土层沉降的半解析解.采用典型算例,分析在不同气相与液相渗透系数比情况下,土体超孔隙水压力、超孔隙气压力随时间的变化规律,结果对非饱和土体一维固结特性研究具有参考价值.     

循环荷载下非饱和黏弹性地基一维固结特性分析

采用Fredlund非饱和土一维固结理论,由液相及气相控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换并采用Cayley-Hamilton数学方法,引入边界及初始条件,得到了单面排水排气条件下任意加荷时有限厚度黏弹性非饱和地基一维固结Laplace变换域内的超孔隙气压力、超孔隙水压力及土层沉降的解.然后,在此基础上引入3种循环荷载,采用Crump及Durbin方法实现Laplace逆变换,得到时间域内超孔隙气压力、超孔隙水压力及土层沉降的半解析解.最后,引用典型算例,进行了相应的固结特性分析.     

线性加荷情况下非饱和土层一维固结特性分析

基于Fredlund非饱和土一维固结理论, 得到了线弹性和黏弹性两种地基在线性加荷情况下, 顶面透水透气、底面不透水不透气的单层非饱和土一维固结超孔隙水压力、超孔隙气压力和沉降的半解析解. 通过典型算例, 分析了不同水、气渗透系数比以及不同土层深度下超孔隙水压力、超孔隙气压力和固结度随时间的变化规律,并对线弹性和黏弹性两种地基的计算结果进行了比较分析. 得到的结论对于非饱和土固结特性的研究及线性加荷下的固结工程具有一定的参考价值.     

考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结分析

基于等应变假设与 Fredlund 非饱和土固结理论, 得到了考虑井阻与涂抹的非饱和土竖井地基固结半解析解. 首先, 引入两个新的变量, 通过 Laplace 变换将控制方程组转化为易于求解的常微分方程组; 然后, 考虑井阻与涂抹条件, 并将 Laplace 变换下的解用 Crump 方法编程实现 Laplace 逆变换, 得到地基内任一深度的平均超孔隙气压力、平均超孔隙水压力和整个深度范围内的平均固结度在时间域内的解;最后, 将所求解退化为饱和土中考虑井阻与涂抹的等应变固结解进行验证, 并与非饱和土中自由应变假设下理想井固结解进行对比, 验证了半解析解的可靠性. 通过分析发现:井阻因子、涂抹系数和涂抹区半径比任何一个值增大, 固结都将变慢;考虑井阻与涂抹能更加准确地预测非饱和土竖井地基的固结度.     

考虑土的粘弹性及成层土的砂井地基设计综述

本文采用广义Voigt模型,导出普遍适用于各种粘弹性土的竖向固结和轴对称固结基本方程及其解析解。它概括了太沙基、巴隆的弹性解和钱家欢60年代发表的粘弹性解等。对于砂井地基真空或堆载预压固结分析,提出一种孔隙压力按解析解近似计算,位移数值求解的半解析方法,全面考虑了土的粘弹性、砂井地基固结三向性、井阻、涂抹、砂井群和成层地基的共同影响。理论计算与工地实测较吻合。     

基于改进西原模型的软土流变一维固结解析

为解决不同应力水平下饱和软土层的沉降计算问题,考虑土的流变特性,对西原模型低应力分量进行了分析和改进.通过Laplace变换与反变换,得到了瞬时加载条件下改进西原模型的一维固结解析解,在此基础上采用积分的方法推导了多级加载条件下的统一解析解,并将解析解应用于洞庭湖软土路堤试验段的沉降计算.结果表明:该解析解沉降计算值在不同应力水平下呈现不同的变化规律,均与对应应力水平下的沉降实测值吻合.在固结初期,该解析解的计算固结沉降速率大大低于相同条件下弹性模型的计算结果.因此,在计算软基沉降时,必须考虑不同应力水平对软基沉降的影响,并考虑软土流变所引起的滞后效应.     

循环荷载下软土一维流变固结解析理论

研究了在循环荷载作用下考虑土的流变特性时的饱和软土层的一维固结问题.通过Laplace变换得到了瞬时加载条件下的解析解,进而根据瞬时加载条件下的解,通过积分的方法,得到了循环荷载条件下的解析解.根据解析解的结果,通过编程计算作出了几个主要影响因素对固结过程的影响曲线图,经过分析得出了一些重要的结论.     

黄土高填方路堤沉降分析

采用4种条件(层重固结法,层重未固结法,孔隙水压力求孔压系数法,孔隙气压力求孔压系数法)下的最终沉降计算方法,和简化的考虑施工加载过程的非饱和土一维固结方法,对某公路高路堤的沉降进行计算分析,并与实测资料相比较。结果表明:公路路堤各土层在自重作用下固结已经完成,甚至有超固结,简化的非饱和土一维固结计算方法可以满足计算精度的要求;同时揭示,公路路堤沉降监测与一般地基的沉降监测是不同的,对不同的问题应该研究布设测点的方法。     

柔性基础下不排水桩复合地基固结分析

考虑柔性基础下不排水桩复合地基中桩–土非等应变特性，推导出变荷载下不排水桩复合地基桩间土平均超静孔隙水压力的控制微分方程和求解条件。通过函数变换，基于变荷载下天然地基一维固结理论建立了相应的固结解析解，包括复合地基和桩间土中的平均超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。利用有限元模拟方法验证了固结解析解的合理性，并与现有的固结度解析解进行了比较。结果表明，固结度解析解与数值模拟的结果较为吻合，计算精度高于现有的固结计算模型。采用基于等应变假设的固结计算模型分析路堤下不排水桩复合地基的固结速率，计算结果偏大。     

土层性质幂函数变化下的一维固结

采用分离变量法,求解了任意荷载作用下渗透系数和体积压缩系数随深度按幂函数变化土层模型的一维固结问题,从而得到不同排水边界条件下超孔隙水压力和沉降等随时间变化的解析表达式. 通过计算分析,讨论了该类非均质土固结时超孔隙水压力、沉降的变化规律.     

非饱和土受荷后的单向初期变形和固结变形

为建立一维非饱和土固结简化计算方法,首先将非饱和土的固结过程分为初期压密、气压消散和水压消散3个阶段并假定初期压密和气压消散这2个过程是瞬时完成的,然后再单独考虑水压的消散过程.实例模拟结果表明:简化方法能基本反映饱和度不太高的非饱和土的固结过程;饱和度超过85%时,气压消散存在一个较长的历时过程,简化计算方法不宜采用.     

线性加载作用下软土地基固结变形分析

目前软土在加载下的固结变形研究主要为瞬时加载,为明确线性加载作用下软土固结变形规律,通过太沙基一维固结理论和有效应力原理的方法求解了软土地基在任意加载速率下一维固结方程的通解,并求解了线性加载下固结方程的解析解。结果表明：线性加载下软土地基产生的超静孔压可以分成增长期、快速消散期和缓慢消散期三个时期;加载速率影响超静孔压的增长路径、消散速率以及最大超静孔压值,最大超静孔压值与加载量近似成线性增长关系,加载速率对最大超静孔压值的影响存在临界值k1和k2;固结系数影响临界加载速率,排水距离影响超静孔压的消散时间;加载速率改变沉降路径而不影响沉降值、改变固结路径并且影响固结时间;最后结合工程实例进行对比分析,发现基于线性加载固结方程解析解得到的理论值及变化规律与实测值有较好的吻合性。     

考虑流变特性的正常固结土一维固结分析

引入修正的孔隙比变化值和时间对数的线性关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变现象,修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体积法数值计算格式．据此探讨了流变参数对正常固结土固结过程的影响．计算结果表明,流变效应延缓了黏土层的整体孔压消散进度,降低了固结速度,并且出现了类似曼德尔效应的现象,即在加载的初期,在远离排水面的地方,超孔压有所升高．同时,计算结果还表明,荷载大小也会影响到流变固结进程．     

初始孔压非均布的饱和土一维热固结解析解

基于热弹性力学和饱和土固结理论,通过热固结方程的建立和求解,研究了初始孔压非均布时的饱和土一维热固结问题.利用有限Fourier变换及其逆变换,得到土层内部超静孔压、温度增量的解析解,并依此求出地基沉降、平均固结度的表达式.根据所得解编制计算程序,分析了饱和土的一维热固结性状,并与不考虑温度影响的传统固结解进行比较.结果表明,超静孔压随时间延长最终消散为零,但在热固结过程中可能会产生负孔压;地基沉降受温度升高的影响小于传统固结解;平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,其变化规律与传统的固结理论有较大差别.     

基于固结理论和蠕变模型的软土固结蠕变理论

通过分级加荷的方式对天津滨海新区经过真空预压处理后的软土进行一维压缩蠕变试验.根据试验所得到的成果,在Terzaghi一维固结理论的基础上,用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型建立了一个新的一维固结微分方程.该方程以一维压缩蠕变试验中所获得的土体力学指标作为计算参数,考虑了软土在主固结阶段结束后所产生的蠕变变形.利用该方程对不同深度和不同应力水平下的试样进行固结和蠕变计算,计算结果与试验结果很接近,表明该方程能够充分反映软土的应力、应变和时间的关系,适用于天津滨海新区的吹填软土地基.     

考虑非Darcy渗流和自重应力的一维固结分析

基于饱和黏土中渗流的非Darcy特性和变形的非线性,考虑土体埋深和自重应力的影响,修正了Terzaghi 1维固结方程.为简化计算,建立了以有效应力为求解对象的非线性控制方程,并采用有限差分法建立隐式差分格式对方程进行求解.探讨了综合考虑土体渗流非Darcy特性、埋深、自重应力和变形非线性时的固结特性.计算结果表明:考虑土体自重应力时的孔压消散速率和地基沉降速率都要大于不考虑土体自重时的情况;综合考虑土体自重、非Darcy渗流特性和变形非线性的孔压消散速率和地基沉降速率都可能出现前期快于Terzaghi固结理论解而后期相反的情况.