一种施工期间堤防稳定性分析方法

在Hilf分析法的基础上,对Hilf分析法进行了改进。将孔隙气压力和孔隙水压力作为独立变量,推导了孔隙气压和孔隙水压计算表达式。给出了考虑强度随孔隙气压和孔隙水压力变化的填土堤防强度随固结度增加而增长的饱和土堤防稳定性分析方法。计算结果表明随着基质吸力的增加,计算所得的稳定安全系数随之增加,忽略孔隙气压的作用所得的软土堤防的稳定安全系数偏大。当 等于 时,孔隙气压对抗剪力没有影响,此时计算所得的安全系数相同。因此施工期间软土地区堤防既要考虑孔隙气压和孔隙水压对堤防稳定性的影响,同时也要考虑地基固结提高对堤防稳定性的影响     

不同温度及排水条件下高温冻土孔隙水压力试验研究

在荷载的作用下孔隙水压力的消散是揭示冻土整体变形机理的关键,为了研究高温冻土中孔隙水压力变化规律,在不同温度、不同排水条件下,对高温冻土开展了压缩固结试验,并监测其在-1℃、-0.5℃和-0.3℃的条件下孔隙水压力及位移变化情况。结果表明：温度对孔压、变形有较大影响,温度越高,土体的变形速率越大,孔隙水压力峰值越大,消散速率也越快;而温度相同时,排水条件下的孔压峰值比不排水条件下的低,位移比不排水条件下的大;从试验结果中可以认识到,孔隙水压力在受骨架挤压增大的同时也在缓慢消散。     

结构性土固结不排水剪特性的一种描述方法

针对结构性土的固结不排水剪性状,提出一种基于扰动状态概念的描述方法。通过三轴固结不排水剪试验,分析了结构性土固结不排水剪切过程中的剪应力、孔隙水压力与轴向应变的关系特点。根据扰动状态概念的原理,采用邓肯-张的非线性弹性模型描述相对完整状态的应力-应变关系,用孔隙水压力作为参量定义了一个新的扰动函数,构建了一种描述结构性土固结不排水剪性状的本构关系。经验证,模型计算结果与试验数据吻合较好,可统一描述应变软化型和应变硬化型应力-应变关系。     

软土地基电渗固结理论分析与数值模拟

电渗固结是加速软土固结、提高地基承载力的有效技术。传统的电渗固结理论假设土体的物理力学、水力学和电学特性均匀稳定,其理论解答与试验结果差别较大。针对电渗固结处理过程,对土体位移场、渗流场和电场的耦合特征进行了理论分析,根据电荷守恒原理、水流连续原理和Biot固结理论,建立了电渗固结过程的多场耦合控制方程;考虑土体相关特性参数的非线性关系,开发了有限元软件用于分析电渗过程中电场强度、土体位移以及超静孔隙水压力的变化特征。计算结果与理论数据吻合较好,能够反映土体相关特性参数非线性关系对结果的影响。软件能够为电渗固结系统设计提供参考依据。     

有限二维饱和多孔介质因载荷诱发Biot固结的解析解

推导了有限矩形区域饱和多孔介质因表面载荷诱发的Biot固结的一个解析解。假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性,并被单相流体所饱和;控制方程组采用不可压缩多孔介质模型;孔隙压力场采用狄利克雷边界条件,上下表面位移场符合物理边界,而左右侧面位移场边界条件则由人为特别给定。利用有限正余弦变换和拉普拉斯变换及数值反演获得了物理空间孔隙压力场和位移场的半解析解,其体现为双重级数和的封闭形式。最后以某软黏土层平面应变固结为例,利用有限元分析软件ABAQUS对所给出的解析解进行了验证,同时基于该解析解考察了孔隙压力场和位移场的时空演化规律。所给出的解析解可用于深入分析有限二维饱和多孔介质的流-固耦合力学行为。     

非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法

基于Fredlund非饱和土一维固结理论,建立了二维平面应变条件下的固结方程组,并得到了单层非饱和土平面应变条件下的解析解。首先,基于相关理论,假设体变系数和渗透系数都为常量,同时考虑到瞬时加载条件下,沿着土体深度方向上产生均匀或者线性分布的初始超孔隙压力,建立了二阶二元偏微分方程组。求解时,引入函数方法来降低方程的阶数,然后通过分离变量法获得方程的通解。在此基础上,结合一个针对单面排水条件下二维平面应变问题的案例,通过与数值解对比验证本文方法的正确性。并采用本文方法计算获得二维平面下超孔隙水、气压力沿垂直和水平方向消散的等时线,通过计算对比,分析了不同线性分布情况下,初始超孔隙压力对固结消散过程的影响。研究结果表明：初始超孔隙压力的不同分布对超孔隙气压力消散影响几乎可以忽略,而对超孔隙水压力的消散影响更大。     

非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法

基于Fredlund非饱和土一维固结理论,建立了二维平面应变条件下的固结方程组,并得到了单层非饱和土平面应变条件下的解析解。基于相关理论,假设体变系数和渗透系数都为常量,同时考虑到瞬时加载条件下,沿着土体深度方向上产生均匀或者线性分布的初始超孔隙压力,建立了二阶二元偏微分方程组。求解时,引入函数方法来降低方程的阶数,然后通过分离变量法获得方程的通解。在此基础上,结合一个针对单面排水条件下二维平面应变问题案例,通过与数值解对比,验证了所提方法的正确性。并采用所提方法计算获得了二维平面下超孔隙水压力、气压力沿垂直和水平方向消散的等时线,通过计算对比,分析了不同线性分布情况下,初始超孔隙压力对固结消散过程的影响。研究结果表明：初始超孔隙压力的不同分布对超孔隙气压力消散的影响几乎可以忽略,而对超孔隙水压力消散的影响更大。     

正常固结饱和粘性土的不排水强度

本文以有效应力强度理论和Henkel孔隙水压力公式为基础,建立了各种类三轴与平面应变试验条件下正常固结饱和粘土的不排水强度公式及相互关系;初步估计了粘土强度随固结增长的计算公式.     

一维非线性地面沉降模型参数敏感性分析

以孔隙水压力和位移为基本变量的一维非线性地面沉降模型考虑了土体变形的非线性和渗透系数随土体变形的变化,它包含有km、m、k0、e0、n、kur和m′等7个参数。分析计算结果表明,计算的位移和孔隙水压力对参数km、k0和kur的变化非常敏感,而且当土层不均匀时,靠近孔隙水压力变化边界处的土层的渗透性对整个土层中孔隙水压力消散影响显著,而土层的压缩性对其自身的孔隙水压力消散影响显著。结合模型参数的获取方法,建议在有现场孔隙水压力、沉降等实测资料时,可以将km、k0和kur作为反分析参数。     

漳州后石电厂软土地基加固稳定性分析

根据漳州后石电厂B区地基堆载预压法处理后的软土地基监测数据,包括孔隙水压力,侧向位移和沉降速率,利用孔隙水压力观测结果计算固结度,根据沉降速率观测计算固结沉降量,根据空隙水压力,分层沉降量,侧向位移观测和沉降速率进行稳定性分析。     

A new incompatible mode element with selective mass scaling for saturated soil dynamics

It is a well-known fact that addressing hydromechanical problems in saturated soils with the finite element method and equal-order interpolation formulations in displacements and pore pressures produces unstable results. Classically, stabilization has been achieved by increasing the interpolation degree of displacement with respect to pore pressure, hence fulfilling the Babuska–Brezzi condition. However, the use of quadratic elements involves high computational costs. From that point of view, the use of stabilized low-order elements is a more desirable option. Much research has been carried out in different directions in the stabilization of low-order formulations for saturated soils in quasistatic conditions, among others with the technique based on strain field enhancement through internal degrees of freedom. This article presents an alternative displacement–pore pressure formulation for saturated soil dynamics based on the enhancement of the displacement field through incompatible modes.     

辽西地区风积砂土振动液化特性的试验研究

本文对辽西地区风积砂土地震液化特性进行了实验研究,对围压、固结比、密度和细粒含量进行了分析,得出了它们对抗液化强度的影响规律,同时分析了不同细粒含量和干密度对砂土振动孔压发展模式的影响规律.在偏压固结情况下,振动孔压的发展趋势可以用双曲线对其进行模拟;在均压固结条件下,振动孔压的发展趋势和H.B.Seed、张建民等人研究的振动孔压发展趋势的曲线形态相一致.通过实验分析表明细粒含量、密度等都会对孔压的增长规律有一定影响.     

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。      

固结过程中孔隙水压力计算中的吉布斯(Gibbs)现象及其消除

一维固结过程中，孔隙水压力的计算在整个计算中占有重要的位置，其计算结果的准确性对于固结度及固结系数的确定均有一定的影响。目前，孔隙水压力的计算均采用级数计算，而由于级数计算中Gibbs现象的存在，使得孔隙水压力的计算中会出现振荡。针对这种情况，本文以误差函数作为基础，对孔隙水压力的计算进行了分析，发现在一定的精度范围内，采用误差函数可以有效地消除由于Gibbs现象带来的振荡。     

A FIC‐based stabilized mixed finite element method with equal order interpolation for solid–pore fluid interaction problems

A new mixed displacement‐pressure element for solving solid–pore fluid interaction problems is presented. In the resulting coupled system of equations, the balance of momentum equation remains unaltered, while the mass balance equation for the pore fluid is stabilized with the inclusion of higher‐order terms multiplied by arbitrary dimensions in space, following the finite calculus (FIC) procedure. The stabilized FIC‐FEM formulation can be applied to any kind of interpolation for the displacements and the pressure, but in this work, we have used linear elements of equal order interpolation for both set of unknowns. Examples in 2D and 3D are presented to illustrate the accuracy of the stabilized formulation for solid–pore fluid interaction problems. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Consolidation around a heat source buried deep in a porous thermoelastic medium with anisotropic flow properties

A solution is derived for the heat flow and consolidation which occur when a heat source is buried deep in a porous thermoelastic soil having anisotropic flow properties. This solution is used to examine the pore pressure generation and dissipation near both point and cylindrical heat sources. An increase in temperature will tend to generate an increase in excess pore pressure. However, the pore water will tend to flow from regions of high excess pore pressure to regions of low excess pore pressure, and so consolidation will occur, and temperature-generated excess pore pressures will tend to dissipate. Many natural soils exhibit horizontal layering and so have a higher horizontal than vertical permeability. It is shown that in soils the excess pore pressure generated by a heat source is significantly less than that in an isotropic soil having an equal vertical permeability.     

广义节点无网格法在土力学固结分析中的应用

借鉴流形方法思想,引入广义节点的概念,对传统的无网格法进行了改进,建立了可具有任意高阶多项式插值函数的广义节点无网格方法.与传统无网格方法相比,广义节点无网格方法更具有一般性,当选取0阶广义节点位移插值函数时便可得到传统的无网格法.结合土工固结问题,通过推导建立了Blot固结方程的数值计算列式,对静态固结问题进行数值计算,通过对比分析验证了所建议方法的可行性.     

底部抽真空预压法砂井地基固结解析解

基于谢康和等应变条件砂井地基固结理论和Hansbo砂井固结理论,考虑底部抽真空预压法加固方法中真空作用面位于固结土层底部的实际边界条件,推导出忽略竖向渗流情况下的底部真空预压加固地基固结方程解析解答。根据超孔压固结方程形成过程以及其解析解表达式,分析其与一般负压径向固结解答的区别。通过室内模型试验实测数据与解析模型计算结果的对比表明,不同位置处孔压和固结度计算值与实测结果吻合较好,从而验证了该模型的合理性,同时运用该模型也可有效验证已有关于底部抽真空室内模拟及现场原位试验结果。底部抽真空轴对称固结解析解可为底部抽真空技术的实际工程应用提供基础性的理论支持,推动底部抽真空技术的大规模推广应用。     

动力固结法加固软土路基试验分析

通过对动力固结法加固的某软土路堤软土内的孔隙水压力增长与消散、软土的分层沉降、路堤的表层沉降和软土的深层水平位移的监测结果及静力触探和十字板剪切试验对地基加固效果的检测结果的分析说明,在一定的条件下,对某些淤泥及淤泥质土等软土路基采用该方法进行处理是可行的,并对其使用范围进行了说明。     

Numerical manifold method for dynamic nonlinear analysis of saturated porous media

It is well known that the Babuska–Brezzi stability criterion or the Zienkiewicz–Taylor patch test precludes the use of the finite elements with the same low order of interpolation for displacement and pore pressure in the nearly incompressible and undrained cases, unless some stabilization techniques are introduced for dynamic analysis of saturated porous medium where coupling occurs between the displacement of solid skeleton and pore pressure. The numerical manifold method (NMM), where the interpolation of displacement and pressure can be determined independently in an element for the solution of u–p formulation, is derived based on triangular mesh for the requirement of high accurate calculations from practical applications in the dynamic analysis of saturated porous materials. The matrices of equilibrium equations for the second‐order displacement and the first‐order pressure manifold method are given in detail for program coding. By close comparison with widely used finite element method, the NMM presents good stability for the coupling problems, particularly in the nearly incompressible and undrained cases. Numerical examples are given to illustrate the validity and stability of the manifold element developed. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.