应力历史对饱和软土固结系数的影响

为了探究不同固结状态下的饱和软土固结系数的变化规律,在太沙基固结理论的基础上,利用渗透系数和孔隙比的关系、孔隙比和固结应力的关系,分别推导出了在正常固结和超固结状态下固结系数（C_v）随固结应力变化的关系式,将关系式代入Terzaghi方程,进而获得考虑应力历史和固结应力影响的修正Terzaghi一维固结方程;通过室内固结试验和工程应用分析对固结系数关系式和修正的Terzaghi一维固结方程的准确性进行验证.结果表明,对于正常固结的软土,当固结应力小于前期固结应力时,固结系数随应力的增大而增大;当固结应力大于前期固结应力时,固结系数随应力的增大而减小.对于超固结状态的软土,固结系数随应力的增大而增大,最后趋于平缓.当上覆荷载较小时,修正前后的Terzaghi一维固结方程计算结果相近;但当上覆荷载较大时,修正后的Terzaghi一维固结方程计算的固结度明显滞后于修正前的计算结果.前期的应力历史和后期的固结应力对软土固结系数的影响是不容忽视的,修正后的Terzaghi一维固结方程更能真实反映土体的固结性状.      

温州浅滩淤泥固结系数与固结应力关系研究

固结系数在软土压缩过程中并非常数,其变化规律与土体的工程特性、先期固结压力、有效固结应力等因素有关。当固结应力小于土体的先期固结压力时（ ）,随着应力的增加,固结系数减小;当固结应力达到其先期固结压力时（ ）,固结系数取最小值;当固结应力超过先期固结压力后（ ）,随着应力的继续增加,淤泥固结系数又逐渐增大。温州淤泥的固结系数与固结应力之间存在显著的双对数（ln( 或 )- ）线性相关性,其分段拟合公式在先期固结压力 的前后分为两段。利用“改进的门田法”求解的淤泥层在压缩过程中,固结系数的变化规律,进一步说明和验证了这一结论。利用双对数拟合公式可较准确推求整个加载过程中淤泥的固结系数,为固结沉降计算提供重要的参数。     

考虑次固结效应的流变固结理论研究

软土的固结与蠕变是土力学研究和工程建设中需要考虑的重点问题, 但是传统的固结理论, 例如太沙基固结理论没有考虑软土的流变特性, 对软土的次固结沉降无法做出准确的解释。为了研究软土的固结与蠕变以及次固结沉降特性, 掌握其应力和变形规律, 本文对传统的固结理论进行了改进。在太沙基一维固结理论的基础上, 利用次固结系数和修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型, 建立了考虑次固结效应的一维流变固结微分方程。在太沙基三维固结理论和比奥固结理论的基础上, 利用修正的Singh-Mitchell经验蠕变模型, 建立了考虑次固结效应的三维流变固结微分方程。新建立的流变固结微分方程能够更加准确地反映软土固结和蠕变性状的应力-应变-时间关系, 为软土固结沉降研究提供新的理论依据。     

重塑黏土的高压次固结特性初探

利用自行研制的高压固结试验系统,对重塑黏土试样进行了竖向压力从0.25 MPa到12.00 MPa的一维固结试验;并利用三轴设备对该土样进行了0.3～2.5 MPa的等向固结试验。试验结果表明：一维固结试验获得的各级压力固结曲线均有明显的次固结阶段,重塑黏土的次固结系数随竖向压力增大而非线性变化;具体而言,当固结压力小于2 MPa,次固结系数随竖向压力增大而显著减小,当固结压力大于2 MPa后,次固结系数则几乎不变;等向固结试验获得的次固结系数则远小于一维固结试验获得的相应值,其随固结压力的变化规律也与一维固结不同。此外,从微观角度对试验结果进行的分析表明,高压下黏土次固结变形的物理机制不同于低压。即低压下黏土次固结变形的主因是颗粒间的相对滑移,而高压下则是结合水膜的蠕变;而且低压下偏应力对次固结变形有控制性影响,但高压下其影响很小。     

饱和击实黄土的动力特性研究

通过进行不同固结条件下饱和击实黄土的动三轴试验,研究了饱和击实黄土的动模量、阻尼比、动强度、动孔压及抗液化特性。研究结果表明：饱和击实黄土的动应力-应变关系符合双曲线模型,模型中参数起始动剪切模量和最大动应力与轴向固结应力间均有良好的幂函数关系,且可以对不同固结应力状态归一,固结围压和固结比对阻尼比的影响较小。动剪应力比随固结围压的增大而减小,随固结比的增大而增大。固结围压、固结比以及动应力皆对动孔压比（ ）与振次比关系有显著的影响,而动孔压与破坏时动孔压之比与振次比关系只受固结围压变化的影响,基本上不受固结比和动应力变化的影响,可以用幂函数关系来模拟;在均压固结条件下,当破坏振次小于等于30时,饱和击实黄土不会产生液化,而当破坏振次较大（动应力较小）时可以产生液化;在偏压固结条件下不会产生液化。     

关于固结度计算的一点看法

通过探寻渗透系数、压缩系数(或体积压缩系数)与孔隙比在固结过程中的变化规律来确定固结系数与固结时间的关系并将其用于固结度计算是无益的,原因在于固结度计算公式只在固结系数为常数时才成立。     

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。     

区域性温度因素对饱和粘土固结的影响

不同地区地基饱和粘土的固结过程受到当地区域性温度的影响而不同。通过探究区域性温度因素在饱和粘土固结过程中的主要影响因子,基于太沙基一维渗流固结理论,得出了区域性温度因素对饱和粘土的固结度及固结时间的影响规律。结果显示:对固结度的影响,同一时间因数时,温度较高的地区比温度较低的地区土层平均固结度大,且时间因数在(0.3,0.5)范围内达到最大固结度差值;对固结时间的影响,较高温度地区的土层固结速度比较低温度地区大。土层平均固结度较小时,不同地区的固结时间相差不大,平均固结度较大时,则固结时间差别较为显著。研究成果对工程实践具有指导意义。      

孔隙变化对吹填土地基真空预压固结的影响

吹填地基真空加固过程中,吹填土由液体泥浆变为固态土体,其孔隙降低非常大。由于土体的渗透性和压缩性是孔隙比的函数,因此,吹填土在固结过程中固结系数变化很大,而现行设计方法中固结系数取为常数,这导致预测结果和实际结果差异较大。为考虑固结过程中孔隙变化对固结过程的影响,推导了真空荷载作用下土体固结系数与有效应力的关系,并将该关系应用于巴隆固结理论,从而建立吹填土地基真空固结分析模型。通过室内模型试验,验证了该模型的合理性。计算结果表明,考虑孔隙变化的影响时,吹填土地基前期固结速度快,而在后期逐渐变慢。由于排水面附近土体渗透系数迅速降低,阻碍了周围土体中孔隙水向排水面排出,因此,与现行固结设计方法计算结果相比,吹填土地基后期固结速度慢,总体固结时间长。     

砂墙地基二维固结自由应变解

将含竖向排水体地基的三维固结变形问题等效为平面应变问题进行数值分析时,砂墙地基二维固结解析解答是合理确定其等效固结计算参数的重要依据。为辨析现有砂墙地基等应变固结近似解答的适用性,针对微单元土体严格的二维固结微分方程,考虑对地基固结有重要影响的井阻作用,以及涵盖完全透水和不完全透水的更一般边界面排水条件,推求得到了其自由应变解答。并与现有解答进行对比分析,同时,分析了泊松比效应以及水平和竖向排水对地基固结的影响。结果表明,现有砂墙地基的等应变固结解答虽然近似,但已有足够精确;砂墙地基以水平向固结为主,竖向固结几乎可以忽略不计;地基固结速率随着泊松比的增大而增大,在将竖向排水体等效为砂墙时,应考虑其作用影响。     

固结试验的数学描述

固结试验的一般数学描述是建立在主次固结人为的分开的基础上的.而本文根据固结试验所得到的沉降与时间关系曲线的特点,建立了一个简单实用且连续的函数来描述固结试验,并分析了该模型的特点.历时18个月的香港软土固结试验,验证了该方法的正确性,并对模型的参数进行了讨论.     

考虑非达西流的弱透水层固结计算

由于成岩作用的影响,深部弱透水层中的黏性土较为坚硬、致密,在这种黏土层中的孔隙渗流规律有偏离达西定律的现象,而在现有的地面沉降研究中,对深部弱透水层的固结变形计算始终沿用以达西定律为基础的固结方程进行,这显然是与实际情况不相符的。鉴于此,以孔隙渗流为非达西流为基础,对太沙基一维固结方程进行了重新推导,并采用半解析法对非达西流-太沙基一维固结方程进行了求解。分别采用达西流-太沙基固结方程和非达西流-太沙基固结方程对同一固结问题进行了计算,结果表明,考虑非达西流后土层达到某一固结度所需的固结时间较之不考虑非达西流时明显增加了,而且固结时间增长的趋势与实测的增长趋势较为一致。     

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。     

结构性土一维非线性大应变固结半解析解

以结构性较强的天然饱和软黏土为研究对象,考虑了沉积作用对其自重应力的影响,以及压缩性和渗透性的非线性变化,推导了任意加载条件下结构性土一维大应变固结控制方程,并采用半解析的方法对方程进行求解计算。再将其退化为无结构性的饱和软黏土固结解,与已有的大应变固结解进行了对比,验证了该解的正确性。最后将该半解析解计算结果与小应变固结理论解、不考虑结构性的固结理论解计算结果进行对比分析。结果表明：大应变固结理论的沉降计算值大于小应变固结理论的计算值,且二者的差值随着荷载的增加而增加;当考虑土体的结构性时,地表沉降计算值小于不考虑土体结构性的沉降计算值。     

Analytical solutions for nonlinear consolidation of soft soil around a shield tunnel with idealized sealing linings

This paper presents the analytical solutions for nonlinear consolidation of soft soil around a shield tunnel with idealized sealing linings. By introducing the empirical relation between permeability and compressibility, along with the conformal transformation, the governing equations of nonlinear consolidation are established, and the corresponding analytical solutions are derived. Then, the Terzaghi consolidation solutions are derived from the degenerate governing equation of nonlinear consolidation. Through the predictions of different consolidation theories in both completely permeable and impermeable lining conditions, the influences of a tunnel acting as a drain and impacting the dissipation of pore pressure, degree of consolidation, long-term ground settlements and ground settlement rates are investigated. During the early stages of consolidation, the case studies reveal that the predictions made by this study strongly agree with the field data when a completely permeable lining is applied. This study confirms that a tunnel acting as a drain can accelerate the consolidation of soil and enlarge soil deformation due to consolidation. During long term consolidation, a notable nonlinearity of the soil consolidation is exhibited by a small and gradually decreasing settlement rate, showing agreement with the tendency of field data from the impermeable conditions.     

饱水粘性土主固结理论

对饱水软粘土的预压排水主固结研究应从其排水的本质出发, 即从软土在预压过程的含水量变化上研究主固结量的变化规律, 利用土的基本性质指标导出主固结比基本公式及主固结量(沉降量)、绝对主固结量、绝对固结度等理论计算方法.与传统的算法不一样的地方是这些算法与预压荷载(即固结应力) 无关系, 直接计算出主固结的效果及评价预压排水固结地基处理卸载的可行性.利用上述基本公式亦可导出剩余主固结量、主固结速率等计算式.通过实例的分析, 证明上述理论方法与观测的数据基本相符.      

软土次固结特性试验研究

对广州南沙原状软土进行了一系列的固结试验,探讨了应力历史、加荷比、超载预压对软土次固结的影响。试验结果表明：软土的主次固结的划分与加荷比有关,加荷比对次固结系数C?也有影响;次固结系数主要受到先期固结压力pc的影响,当ppc时,次固结系数表现出不同的变化规律;经预压处理后土样的次固结系数与压缩指数Cc之比近似为一常数：C?/Cc≈0.03,试验成果所揭示的次固结特性对先期固结压力的依赖,为降低地基工后沉降提供了明确的思路。     

吹填超软土固结特性试验分析

为探讨吹填超软土的固结特性以及含水率与加荷比对次固结系数的影响规律,利用改装后的低压固结仪和常规的高压固结仪进行了分级加载固结试验。试验结果表明,正常沉积重塑土的固结系数随着固结压力的变化整体上呈现出逐渐增加的趋势,而超软土则表现为S型,即在低应力水平作用下,超软土的固结系数呈现下凹型增长; 之后随着固结压力的增加,固结系数近线性增长,但增量比逐渐减小。与正常沉积重塑土不同,超软土的次固结系数随着固结荷载的变化存在峰值; 加荷比对超软土次固结系数影响较大,较小的荷载增量可降低次固结系数; 超软土及正常沉积重塑土的次固结系数均表现为随含水率的增加而增加。     

水泥与生石灰处理吹填土对比试验研究

吹填土是由水力吹填形成的,颗粒很细,固结性能差,吹填以后要经过很长时间才能自然沉积固结,待表面形成硬壳后方可进行加固处理,因此,缩短沉积固结时间,使吹填土尽快地从泥浆状态转变为具有一定承载力的地基,是亟待解决的问题。在室内进行模拟加固方法的沉降柱试验,对吹填土加添固化剂以加速其沉积固结。固化剂主要选用水泥和生石灰,对两种添加方式的机理及固结效果进行详尽的分析和研究,初步找出加固效果产生差异的原因,从而揭示其固化机理,为吹填土地基的加固提供一种更加经济可行的方法。     

Theoretical and experimental study of consolidation settlement characteristics of hydraulic fill soil in Shanghai

To determine the influence of load and drainage on the engineering consolidation characteristics of hydraulic fill soil in Shanghai, a detailed study has been carried out using three controlled model tests under different conditions. The governing equation of one-dimensional large strain consolidation with the load and self-weight was also quoted to discuss the influence. Three consolidation settlement stages and two consolidation periods of growth in strength were observed. The effect of applying load was more obvious than improving drainage condition in the first consolidation time. Prolonging consolidation time had no significant influence on increasing strength. It is shown that the increase in strength is concentrated in the first period of consolidation and the load and drainage play their different roles in different consolidation periods. Conclusively, some relevant recommendations are offered for the construction of hydraulic fill soil.