有限元和有限层元研究横向同性土对建筑物沉降的影响

从常规三轴压缩试验得到横观各向同性土层的力学参数,综合9种来自于不同国家和地区的横观各向同性土层的土样参数,研究分析了横观各向同性土层参数对建筑物沉降的影响。作为典型例子,对上海一幢剪力墙结构的箱形基础与横观各向同性土进行共同作用分析,并与各向同性土层上的分析结果进行比较,结果表明：横观各向同性土层参数对沉降的影响有些不同,尤其是不排水加载条件确定的土层参数影响的结果大不相同。     

交通荷载下横观各向同性土的Biot固结分析

在竖向荷载和切向荷载共同作用下,求解了具有下卧基岩的横观各向同性土的Biot固结问题。首先,基于Biot固结理论得到控制方程,同时引入3个状态变量;然后,对时间t进行Laplace变换和对半径r进行Hankel变换。利用Laplace-Hankel联合积分变换求解状态方程,得到交通荷载作用下横观各向同性土骨架位移、孔隙水压力等的一般积分形式解。结合算例验证了该方法的正确性,并分析了切向荷载和竖向荷载共同作用下对横观各向同性土层沉降和孔压的影响,可以发现切向荷载和竖向荷载共同作用所产生的前期沉降明显小于竖向荷载单独作用的情况。为了更好地模拟实际情况,竖向荷载还采用正弦循环荷载。在循环荷载作用下,沉降变化周期滞后于荷载周期。     

沉积泥砂非线性大变形固结沉降计算模型

沉积形成的水底黏性泥砂自重固结过程表现出显著非线性大变形固结特征,应采用大变形固结理论进行泥砂沉积固结计算。基于软黏土一维非线性大应变固结理论,应用有效应力、渗透系数与孔隙比间扩展幂次函数固结本构关系,由达西定律、有效应力原理、连续介质方程等建立大变形固结控制方程,根据固结单元孔隙水渗流、单元变形与泥砂沉积层固结沉降耦合关系形成黏性泥砂大变形自重固结数值模型。泥砂自重作为固结荷载,数值模型假定沉积泥砂各向同性且固结沉降应变、孔隙水渗流仅发生于竖直方向,为一维单向沉积固结过程;采用泥砂沉降柱试验确定泥砂非线性扩展幂次函数关系参数。模型应用中,划分竖向固结单元,由沉积泥砂固结本构关系确定各固结单元有效应力及超孔隙水应力,通过超孔隙水应力时间维度上的消散过程及各固结参数间的耦合关系计算泥砂固结沉降。数值模型计算结果表明,沉积黏性泥砂自重固结初期表现为有效应力调整过程,初始有效应力与孔隙比根据固结本构关系匹配调整为扩展幂次函数关系;沉积泥砂应变与应力固结度存在20%左右误差,泥砂固结沉降发展快于超孔隙水应力消散过程,证明沉积泥砂固结沉降变形的发展与超孔隙水应力消散并非同步耦合。计算模型应用于室内沉降柱试验模拟淤积黏性泥砂自重固结沉降预测中,模型输出与试验结果符合良好。     

层状横观各向同性地基平面应变问题的扩展精细积分解

利用扩展精细积分法求解横观各向同性地基的平面应变问题。扩展精细积分法具有高精度和较高计算效率的特点,是求解微分方程的有效方法,相比于解析法可以节省大量理论推导工作量。从直角坐标下弹性力学控制方程出发,推导出Fourier变换域内地基的常微分矩阵方程;之后对地基微层元进行消元合并,进一步得到荷载作用在地基内部时层状地基的扩展精细积解。与已有文献的对比验证了方法的精确性,并分析了横观各向同性参数、层状性质和荷载作用点对计算结果的影响。结果表明：土体竖向位移随着横观各向同性参数n的增大而减小,而随着横观各向同性参数m的增大而增大;荷载作用点 的变化只对作用点以上的土体有影响,而上层土体的模量对竖向位移计算结果的影响更为显著,土体成层性对沉降的影响要比对竖向应力的影响更为显著。     

盾构施工引起地表固结沉降问题的研究

将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和弹性介质,采用保角变换的方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域。根据Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立隧道在不透水的情况下周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。然后,采用分离变量法计算得到土体超孔隙水压力分布的解析解,最后,根据弹性理论计算得出隧道中线上方地表固结沉降的计算公式。结合算例,分析盾构施工扰动程度、土体渗透系数、土体弹性模量及隧道埋深等因素对隧道中心上方地表处固结沉降的影响。研究结果表明,地表固结沉降的增加值与隧道外侧初始超孔隙水压力值C0的变化量成正比例关系,施工扰动程度越大所引起的固结沉降越大;土体的渗透系数越大固结沉降速度越快,但土体的渗透系数与最终的地表固结沉降量无关;土体的弹性模量越大,最终的地表固结沉降量越小;隧道埋深越深,地表固结沉降所需时间越长,最终的地表固结沉降量也越大。     

结构性软土的损伤及其对地基沉降的影响

通过室内试验,研究了软粘土的结构性及其在受力过程中的损伤特性,并讨论结构损伤对地基瞬时沉降和固结沉降的影响。计算结果表明,常规方法低估地基的瞬时沉降,夸大地基的固结沉降。     

横观各向同性土体中压力隧洞的应力和位移计算

基于Biot固结理论,考虑了土体和孔隙流体压缩性,通过对控制方程的解耦,得到在横观各向同性饱和土体中圆形隧洞边界上作用随时间变化的轴对称荷载或流体压力所引起的应力、位移和孔隙水压力场在拉普拉斯变换域中的解析表达式,运用拉普拉斯数值逆变换进行算例分析,得到在时间域中的解,讨论了单级加载和循环加载对计算结果的影响,并与瞬时加载条件下的结果进行了比较。同时也分析了土体的横观各向同性性质对应力、位移和孔隙水压力场的影响。     

考虑地下水浸没作用的固结沉降计算方法

研究了地下水浸没对附加应力减小的作用,同时分析了附加应力变化对最终沉降量的影响,给出了考虑地下水浸没作用的大、小应变条件下的固结沉降计算公式,并对几种工况下的计算结果进行了对比分析。结果表明,考虑地下水浸没作用对地基固结沉降的影响随荷载和土压缩性以及土层厚度的增加而增大,采用大变形固结理论计算固结沉降较符合实际情况。     

变渗透系数软土一维非线性固结沉降数值模拟

固结沉降计算是工程建筑中的重要内容之一。传统的固结沉降计算多是基于渗透数为常数的Terzaghi模型,这与实际的固结过程有较大的差别。采用Carman—Koze模型与一维非线性固结沉降模型进行耦合来模拟固结沉降过程。结果表明,固结导致的渗透系数的变化对固结有较大的影响,特别是在后期这种影响会越来越大。     

基于沉降速率比法计算淤泥质黏土沉降的修正方法

基于太沙基固结理论和淤泥质黏土的沉降规律,综合考虑瞬时沉降、主-次固结沉降各阶段的影响,提出了一种基于沉降速率比法计算淤泥质黏土沉降的修正方法。该方法仅需要对前期沉降速率进行最小二乘法分析,求得固结系数,从而可对淤泥质黏土沉降全过程进行预测。工程实例表明,该方法预测沉降量与实测值吻合很好,可为同类工程提供参考。     

Consolidation analysis of a cross-anisotropic homogeneous elastic soil using a finite layer numerical method

This paper presents a finite layer procedure for Biot's consolidation analysis of layered soils using a cross-anisotropic elastic constitutive model. The program is first verified using published results. Then, using this program, the influences of cross-anisotropy on the immediate settlement, the final settlement, and the consolidation behaviour are investigated by changing one model parameter at one time. The results obtained using the cross-anisotropic elastic model are compared with results using an isotropic elastic model. It is found that the cross-anisotropy has very large influences on the immediate settlement, the final settlement, and the consolidation behaviour. Curves or tables of the immediate settlement coefficients, the final settlement coefficients, and the average degree of consolidation are obtained and presented in the paper. These curves or tables can be easily used to estimate the immediate settlement, the final settlement, and the consolidation settlement of a cross-anisotropic soil. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

软土地基沉降速率的分析研究及其应用

本文利用Terzaghi一维固结理论推导出了在主固结阶段沉降速率与沉降、剩余沉降及固结时间的关系。结果表明，沉降速率与沉降、剩余沉降均呈线性关系，沉降速率的对数与固结时间成正比。根据这些函数关系，就可推算出最终主固结沉降、剩余沉降以及固结时间，为工程施工提供理论依据。本文还结合了工程实例，论证其可行性。     

地基沉降速率与沉降的关系研究及其应用

在主固结阶段,由一维固结理论可推导出沉降速率与沉降之间的线性关系。在次固结阶段,基于Voigt-Kelvin粘弹性模型,也可得到沉降速率与沉降之间的线性关系。根据这种线性关系提出了用于推算地基的固结系数、瞬时沉降量、主固结沉降量和次固结沉降量的方法。最后结合工程实例,说明了该方法的使用。     

基于沉降资料反演固结系数的方法研究

Asaoka法在岩土工程中经常用于工后沉降的预测,同时Asaoka方法中的 - 直线的斜率 和固结系数 的关系还被广泛用于反演地基的固结系数。但相关资料表明用该方法反演得到固结系数与地基的固结系数存在一定的误差。为此分析了产生误差的原因,并在此基础上,根据Terzaghi一维固结理论推导了的 - 直线的斜率 和固结系数 之间的表达式。分析表明采用推导得到的 - 表达式反演的固结系数与地基的固结系数能够较好地吻合。     

软基路堤填土施工期的稳定性反演分析

提出了依据填土施工期的路堤沉降观测资料计算路基的总瞬时沉降量、总主固结沉降量和地基固指数的基因反演方法，并以实例反演计算有关参数，然后将理论模型和实测结果进行比较，二者符合较好。最后用简化Bishop条分法计算了填土过程中路堤的稳定性。     

循环荷载下双曲线模型修正土体一维固结解

假定土体的应力-应变关系满足双曲线模型、渗透系数的降低与压缩系数的减小成正比以及初始有效应力沿深度均匀分布,推导出任意荷载下单层地基的非线性一维固结方程。结合具体的定解条件采用分离变量法求出土体有效应力的通解,并进一步求出超静孔隙水压力、按沉降定义的平均固结度Us以及按孔隙水压力定义的平均固结度Up的通解。根据通解求出梯形低频循环荷载作用下的解,并找出循环荷载作用下土体固结性状的影响因素。基于循环荷载作用下的解,采用FORTRAN语言编制了计算程序,计算并分析考虑土体本构关系非线性时的固结性状,以及反映土体本构特征的参数E和n对固结性状的影响。计算结果表明：①Us稍大于Up;②距排水平面越近,附加有效应力受加载方式的影响越明显,距排水平面越远则相反;③E和n对Us的影响很小,可以忽略不计;④E和n对Up和附加有效应力的影响较大且不容忽略。