双层非饱和土地基一维固结半解析解

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界条件下超孔隙压力和沉降在Laplace域内的解;并利用Crump数值方法实现Laplace逆变换,最终得到时间域内双层非饱和土地基一维固结的半解析解。通过与已有文献和有限差分解的结果比较,验证了所得半解析解的有效性。基于得到的解答,结合算例考察了不同层间渗透系数比下,双层非饱和土地基中超孔隙压力的分布规律;并通过参数分析讨论了土层厚度比和层间渗透系数比对双层非饱和土地基沉降的影响。     

考虑粘弹性的中挤土桩沉降时效性分析

在研究沉桩过程中超静孔隙水压力的形成及消散规律的基础上,研究了桩周地基土再固结沉降的变化规律;从桩土相互作用的原理出发,建立了均质地基土粘弹性中单桩弹性微分方程,由此求得单桩弹性微分方程的解析解。     

软粘土地基中挤土桩沉降时效性分析

位于饱和软粘土地基中的挤土桩。由于沉桩过程中地基土产生挤土效应及超静孔隙水压力，同时随着超静孔隙水压力的消散，桩周地基土产生再固结沉降。在研究沉桩过程中超静孔隙水压力的形成及消散规律的基础上，研究了桩周地基土再固结沉降的变化规律；从桩土相互作用的原理出发，研究了在桩周地基土再固结沉降的作用下，工程桩基沉降的计算方法。研究表明：由于桩周地基土的再固结沉降作用，工程桩基产生较大的沉降量，其值远大于垂直荷载作用下的桩基沉降；由于桩周地基土的再固结，桩基沉降随着时间的推移而增长。     

非饱和硬土的长期固结特性探讨

利用室内一维固结试验研究了非饱和硬土在受到长期荷载作用下的固结特性。研究发现非饱和硬土的长期固结曲线在"反S"型趋势后继续下弯,揭示了非饱和硬土内部超静孔隙气压力和超静孔隙水压力的分段消散过程。温度对于非饱和硬土长期固结特性的影响较为明显,随温度的升高,固结速率明显增大。非饱和硬土并不一定能完全满足高速铁路地基土的设计要求,实际工程中还要根据土体性质、排水条件、上覆荷载等条件进行综合判定。     

结构–桩筏–地基体系时间效应的三维数值分析

软土的非线性特性及上部荷载作用下地基的固结效应对上部结构内力分布及桩筏基础变形往往具有不容忽视的影响。不考虑上部结构刚度影响的共同作用分析常规设计方法与二维简化方法尚未全面地反映共同作用体系的实际工作机理。为此基于Biot固结理论,考虑地基土的弹塑性特性,对上部结构–桩筏基础–地基共同作用体系的时间效应进行了三维有限元数值分析。结果表明:地基的固结效应对共同作用体系的承载机理与变形协调能力具有显著的影响,共同作用体系的工作性能紧密地依赖于超孔隙水压力随时间的变化特征。同时上部结构刚度对共同作用体系的时间效应也具有不可忽视的影响。因此,在共同作用体系分析中应合理地考虑结构刚度效应和地基固结的时间效应。     

考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场研究

静压桩挤土位移会随压桩过程中产生的超孔隙水压力的消散而变化,但由于压桩过程的复杂性,这一问题尚没有得到很好的解决。基于应变路径法及源汇法理论,根据土体的固结度理论推导小应变条件下考虑孔压消散的静压单桩周围土体位移场的解析解,该解析解可以考虑如下问题:地表面的自由边界条件问题,土体中孔隙水压力的消散问题,并能给出整个压桩深度内土体的水平及竖向位移场。根据压桩过程中近桩身土体变形特性对大变形条件下近桩周土体位移场做出相应的理论推导,并分析大小应变条件下挤土位移场的差别。利用所获得的挤土位移理论解分析超孔压消隙对土体位移场的影响,与现场测试结果进行对比,结果表明:静压单桩水平挤土位移和地表面隆起量均随孔隙水压力的消散而减小;考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场的理论解和实测值变化规律相一致,且数值上基本吻合,能够满足工程需要。     

悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基固结解析解

推导出瞬时加荷情况下悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结方程和相应的定解条件,利用三层地基一维固结理论,建立了相应的固结解析解,包括桩间土和下卧层土中超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。通过固结速率解析解与有限元数值解的比较,证明了解析解的合理性。利用解析解进行复合地基固结速率影响因素分析,研究了悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结性状。结果表明:悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结速率主要受桩的贯入比和下卧层刚度的影响。复合地基的固结速率随桩的贯入比和下卧层土压缩模量的增加而增大。搅拌桩壳长度、厚度和刚度以及芯桩截面含心率的变化对复合地基固结速率没有影响。增加芯桩的压缩模量只会使固结前期复合地基的固结速率略微减小,不会影响固结后期复合地基的固结速率。     

悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基固结解析解

推导出瞬时加荷情况下悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结方程和相应的定解条件,利用三层地基一维固结理论,建立了相应的固结解析解,包括桩间土和下卧层土中超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。通过固结速率解析解与有限元数值解的比较,证明了解析解的合理性。利用解析解进行复合地基固结速率影响因素分析,研究了悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结性状。结果表明:悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结速率主要受桩的贯入比和下卧层刚度的影响。复合地基的固结速率随桩的贯入比和下卧层土压缩模量的增加而增大。搅拌桩壳长度、厚度和刚度以及芯桩截面含心率的变化对复合地基固结速率没有影响。增加芯桩的压缩模量只会使固结前期复合地基的固结速率略微减小,不会影响固结后期复合地基的固结速率。     

外荷载随时间变化下考虑起始电势梯度的一维电渗固结解析解

将起始电势梯度的概念引入电渗固结理论，基于相关假定建立了外荷载随时间变化下考虑有效电势衰减的一维电渗固结控制方程，利用变量代换和分离变量法获得了电渗固结通解，并给出了常见加荷形式下解析解的表达式。将退化解与已有解析解进行比较，并将所提解与有限差分解展开对比，验证了所提解答正确性。基于所提解析解，分析了相关参数对软土地基电渗固结特性的影响。结果表明：起始电势梯度的存在降低了超孔隙水压力绝对值和沉降量；水力渗透系数的减小有利电渗排水固结过程的进行，且电渗透系数与水力渗透系数比值越大，沉降量越大、电渗排水固结效果越好；当采用电渗联合堆载预压法加固时，电渗作用可降低因外荷载引起的正超孔隙水压力的最大值，提高固结排水时土体的稳定性。     

饱和软粘土在循环荷载下的孔压数值分析

在经典的Terzaghi一维固结理论基础上,推导出循环荷载作用下考虑土体非线性的一维固结微分方程,并应用Matlab软件编写相应微分方程的求解程序,得到超孔隙水压力随时间变化的曲线。结合单层地基在正弦循环荷载形式作用下的固结算例,对所得数值解进行了探讨,揭示了循环荷载作用下单层饱和软粘土地基孔压分布的特性,得到了一些有益于工程实践的有意义的结论。