确定先期固结压力的数学模型法

地基土的先期固结压力是判断土体应力历史的一个指标。在不同应力历史状况的土体变形分析中它也是一个重要的计算参数。因此,方便、准确地确定先期固结压力就显得尤为重要。依据理论研究和试验分析,提出了一种新的确定方法：数学模型法。润扬大桥土样试验的结果证明了此法的可行性。     

矿区深厚土层的高压固结与次固结特性

实验表明，深部土层的先期团结压力与土层沉积的历史有关；土的团结系数和渗透系数均随压力的增大而减小，并在高压下趋于稳定；当压力小于先期团结压力时，土的次团结系数与压力关系不大；当压力大于先期固结压力时，次团结系数随压力的增大而增大。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

大面积软土地基固结处理实例

堆载预压固结法的原理是地基土在荷载作用下(总应力σ增加)、孔隙水排出(即孔隙水压力μ减少)和有效压力σ′增加的过程。结合工程实例,介绍了堆载预压与塑料排水板相结合对大面积软黏土进行排水固结处理的设计、施工方法,并对工程实例监测结果进行分析,表明了预压固结处理后的饱和软土地基承载能力大为提高,塑料排水板深度范围内,土层固结作用效果明显,工后沉降也大为减小,各区域的地基土主固结变形在几年的时间内固结度均达到了90%以上。     

关于红黏土先期固结压力的探讨

土力学传统理论认为,土的先期固结压力受控于应力历史,与曾经受到的压力有关。然而,通过室内试验发现,红黏土这类区域性特殊土的先期固结压力所表现出的规律与传统理论相悖。研究表明,红黏土的先期固结压力主要受土的成因、结构和成分制约,上覆压力对其影响甚微。笔者分析了土力学传统观点在解释红黏土特性时存在的缺陷,探讨了红黏土先期固结压力的真正含义,提出了对红黏土先期固结压力的新认识。     

高压力固结仪试制简介

为了更精确地求得地基土的压缩指数,研究土的先期固结压力,一维条件下土的长期蠕变性状等等,我院试制了高压力固结仪。对于面积为30cm~2的试样,最大固结试验压力可以达到30kg/cm~2。见照片本仪器用空气压缩机为能源,由电接点压力表、继电器,交流接触器等部件组成自动稳压部份,调压阀控制输出压力大小,推动缸体使土样受压固结。缸体部份是根据帕斯卡原理设计、见图     

用快剪试验推求先期固结压力

土体先期固结压力是判断土体应力历史的关键性指标。依据Wroth在一维固结条件下提出的不排水强度与超固结比（OCR）的关系式,利用快速直剪的剪切强度计算临界状态孔隙水压力系数Λ₀,从而计算出OCR以及先期固结压力。对南京某黏土的重塑饱和黏土的试验分析结果表明,快剪试验确定的超固结比与设计超固结比基本一致,因此可作为求解土体先期固结压力的一个途径。      

变荷载下基于指数形式渗流的一维固结分析

建立了考虑指数形式渗流以及变荷载条件下的一维固结微分方程,采用相对稳定的Crank-Nicolson差分格式获得控制方程的差分解答并验证了计算程序的可靠性。结果表明,当指数大于1时,较小时间因子下固结速率比达西渗流快,较大时间因子下固结速率比达西渗流慢;而当指数小于1时,较小时间因子下固结速率比达西渗流慢,较大的时间因子下固结速率比达西渗流快。在土层厚度相同的情况下,指数大于1时作用于土层的荷载越小,固结速率越慢;基于指数形式渗流,传统一维固结理论中室内土样固结与实际地基土层固结之间的相似关系不再成立;加荷速率越快,则土层的固结速率越快。     

确定先期固结压力数学模型的研究与应用

地基不均匀沉降一直是困扰工程建设者的一个难题,而土体的先期固结压力则是预测地基沉降量和采取预防措施的一个重要参数。利用基于Matlab软件自主开发的复合工具箱CFSPT(Curve Fitting Solving and Plotting Tool),结合太原市地面沉降中最为常见的粉质黏土,研究分析了现有5种数学模型和本人引入的Guass1、Gauss2模型对确定粉质黏土先期固结压力的适用性和数学模型确定的先期固结压力与《土工试验方法标准》中经验法确定值的差异,并分析了如何选择最优数学模型确定先期固结压力。结果表明: 7种数学模型回归分析程度均很高,但仅Guass1模型确定的先期固结压力与《土工试验方法标准》中的经验法确定的值最为接近; 最优数学模型应当满足elgp曲线在初始端趋于一非零定值,在末端趋近于0,中间段曲线要收敛于一条斜直线。     

正常固结土与超固结土的一些特性及其应力历史的确定

综合了作者的试验结果和有关文献，详细分析了正常固结土与超固结土的一些特性，并在此基础上，利用一些对扰动不敏感的土性参数判断土层的固结状态。     

孔隙型地热储层热固结变形特性试验研究

地热资源的开采会导致热储温度、压力改变,影响其固结变形特性,引发环境地质问题。以鲁西北砂岩热储开采区孔隙型地热储层为研究对象,开展不同应力、温度条件下的固结变形试验,分析固结变形特性,并对卡萨格兰德法与能量法所计算出的先期固结压力进行比较,结果表明：地热储层固结变形量与含水率、温度均呈负相关关系;地热储层自重压缩系数约为标准压缩系数的10%;计算先期固结压力时,低压缩性土可采用能量法,中、高压缩性土可采用卡萨格兰德法Harris模型、Gaussian模型与能量法;先期固结压力与温度呈负相关关系;在25～80℃范围内,初始温度越高,升温使先期固结压力降低越快。     

变荷载下双层地基一维非线性固结近似解析解

目前考虑土体非线性压缩及渗透特性的双层地基非线性固结解均假定土体固结系数保持不变,能反映固结系数变化的双层地基非线性固结解还很鲜见。本文引入经典的e-lgσ'和e-lgk_(v)非线性关系描述土体的非线性压缩、渗透特性,在假定双层地基上、下土层C_(c)_(i)/C_(k)_(i)值相等且不等于1的基础上,得到变荷载下考虑土体固结系数变化的双层地基一维非线性固结近似解。该解答在C_(c)/C_(k)→1条件下可退化为已有的C_(c)/C_(k)=1时双层地基一维非线性固结解。最后,基于本文解探讨了双层地基上、下土层参数的相对比值对非线性固结性状的影响。结果表明：单面排水条件下,C_(c)/C_(k)越小,下层土与上层土的相对压缩性越低、相对渗透性越高,则双层地基非线性固结速率越快;减小C_(c)/C_(k)值,增加双层地基中压缩性小、渗透性高的土层的厚度,会加快地基的固结速率。     

粘土固结参数变化的分析

本文依据土力学中已建立的基本概念,通过试验研究,首先找出正常固结粘土的渗透系数K与孔隙比e的关系,压缩系数a_V与孔隙比e或有效固结压力σ′的关系,从而推导出固结系数C_V与孔隙比或有效固结压力的关系表达式。分析不同土类固结系数的变化,归纳出三种典型的情况,即:C_V随e的减小而减小;C_V随e的减小而增大和C_V基本上与e无关。并指出特殊土类的C_V有特殊的变化规律。其次,分析了固结指数m变化的物理依据,讨论了m值与有效固结压力和上层厚度H的关系,最后,说明C_V和m变化的相互关系以及实用计算中应注意的问题。     

基于非牛顿指数描述的非达西渗流一维固结分析

基于非牛顿指数描述的非达西渗流定律,同时考虑地基内部竖向附加应力随深度线性变化以及变荷载的影响,建立了一维固结控制方程并应用有限差分法进行数值求解,同时对不同参数单级加荷下的固结性状进行分析。结果表明：基于非达西渗流比达西渗流下固结速率要慢,且渗流模型中非牛顿指数越大,土层的固结速率越慢;土层厚度越厚,固结速率越慢,因此,传统固结理论中室内土样与地基土层之间的相似关系不再成立;作用于土层的平均附加应力越大,土层的固结速率越快;在单面排水情况下,附加应力分布对土层固结速率有较大影响;相反,双面排水条件下土层固结速率与附加应力的分布是无关的;荷载的加荷速率越快,则土层的固结速率越快。最后,讨论了达西渗流计算固结变形的适用范围。     

先期固结压力理论的新认识

近年来,在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现,这些土均为＂超固结土＂,其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关,而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明,影响Ｐｃ值大小的因素很复杂,红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结,而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

用孔压静力触探和室内固结试验求取土的固结系数的对比研究

土的固结系数是软土地基计算与处理设计中的关键参数，本文根据先进的孔隙水压力静力触探技术现场测试求出的固结系数和室内固结试验所求固结系数，进行了大量统计对比研究，发现两者之间存在很好的线性相关关系，并论述了两种方法求取固结系数的原理及步骤，以及孔压静力触探求固结系数的许多优点。     

淤泥质土固结过程孔压及变形规律研究

对深入了解土在外荷作用下的孔隙水压力与变形变化规律对研究土的排水固结机理具有重要意义。对黄石地区淤泥质土进行分级加荷与一次性加荷的各向等压固结试验及单向固结试验,分析全过程孔压与变形的变化规律,结果表明：两种加荷方式孔压消散的规律并不相同,当孔压降到相应某临界值以下时,固结过程会变得缓慢,即使在较大的外荷载作用下,土中孔压反映也远不如加载初期明显。固结排水过程具有阶段性,这主要是自由水与孔隙水排水速度变化所引起的。黄石淤泥质土的主固结时间总体在5-100min范围内,当固结压力接近先期固结压力时固结系数最小,而次固结系数约为最大值。     

考虑Hansbo渗流的二维Biot固结有限元分析

为进一步深入研究弹性饱和黏性土地基的二维固结机制,引入Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西渗流,修正Biot二维固结方程。基于加权残数法,给出相应的有限元数值求解格式。通过和饱和黏性土一维非达西渗流固结理论有限体积法数值结果的对比,证明数值计算方法的有效性。在此基础上,探讨Hansbo渗流参数对二维地基固结进程的影响。计算结果表明,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔压的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,整个土层存在孔隙水压力滞后现象。同时,Hansbo渗流将阻碍地基沉降的发展。而且,上述影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显。     

先期固结压力理论的新认识

近年来，在对国内广泛分布的老粘性土、红土等土体的研究过程中发现，这些土均为“超固结土”，其先期固结压力（Ｐｃ）值不仅与土的受荷历史有关，而且还与土的物质组成和结构特征有着十分密切的关系。研究结果表明，影响Ｐｃ值大小的因素很复杂，红土和下蜀土中对Ｐｃ值大小起决定作用的为游离氧化物的胶结连结，而黄土状土中土自重压力则为主导因素。可见土的先期固结压力并非唯一由上覆荷载所致。     

非饱和土层一维固结特性分析

在Fredlund非饱和土的一维固结理论的基础上进行假设,由得出的液相及气相的控制方程、Darcy定律及Fick定律,采用Laplace 变换、逆变换等数学方法得到了大面积均布瞬时加载下表面为透水透气面、底面为不透水和不透气面的非饱和土层一维固结时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解析解;应用典型算例,分析了不同气、水渗透系数比情况下土体超孔隙水压力、超孔隙气压力消散及土层沉降随时间的变化规律以及不同时间超孔隙水压力、超孔隙气压力消散随深度的变化规律。将得出的结果退化成相应的饱和土的解与太沙基饱和土固结理论结果比较,验证了其正确性。