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.      

一维大变形主、次固结耦合新模型

针对传统一维大变形固结理论不能考虑土体次固结变形的缺点,在连续介质力学有限变形理论和土力学固结理论基础上,提出了全新的一维大变形主、次固结耦合模型。该模型采用超静孔压为控制变量,可以分别表述为欧拉坐标、拉格朗日坐标和固相体积坐标等三种形式,其中均可以显式地反映出土体重度变化、固相速度、地表沉降速度、地下水位变化、荷载变化和次固结等6个因素的影响。在不同简化条件下,新模型可以分别退化为以往学者提出的相关模型。当不考虑次固结效应时,新模型与经典的Gibson大变形固结模型完全等价。从便于工程应用的角度而言,新模型中仅考虑次固结和外荷载变化的退化形式更便于求解,可作为一种供参考的实用模型。     

利用修正太沙基理论进行土体非线性固结沉降计算研究

提出在基于小变形弹性假定的太沙基一维固结方程解答中采用非线性条件下定义的固结系数,并且进行了计算验证,结果证明在小变形弹性固结方程的解答中采用非线性条件下定义的固结系数可以使计算结果更好地接近实际沉降值。相对于传统太沙基理论,修正后的太沙基固结理论可以用来更准确地计算实际工程中的非线性固结沉降。     

一维小变形主、次固结耦合理论模型分析

基于丁洲祥等提出的大变形主、次固结耦合模型,研究了在小变形情况下退化的主、次固结耦合模型。首先对该模型进行了无量纲化处理,引入了新的主、次固结耦合系数 。当 0时,模型即退化为经典的Terzaghi固结模型。采用有限差分法分析了新模型中超静孔压的变化规律发现,当主、次固结耦合系数 时,固结初期的超静孔压出现类似Mandel效应的增大现象,并且 值越大,这种现象愈加明显;Terzaghi主固结理论预测的超静孔压值一般会偏小于考虑主、次固结耦合情况下的结果。上述现象区别于Mandel效应的本质原因在于主、次固结耦合效应,这与殷建华等的EVP模型较早论述的黏性效应本质是一致的,但本文模型的表述相对而言更为简洁。最后结合Mesri和Godlewski的 概念,提出了 的确定方法及模型的改进形式,其结果为主、次固结耦合理论的深入研究和工程应用提供了新的参考。     

对“固结过程中固结系数Cv的变化及其对地面沉降预测的影响”一文的讨论

“固结过程中固结系数C_v的变化及其对地面沉降预测的影响”(以下简称“影响”,水文地质工程地质,1988年第2期)一文,修正了Terzaghi一维固结理论关于渗透系数和体积压缩系数为常数的基本假设,导出固结系数C_u随固结度U_i变化的经验公式,并对粘土层作沉降预测,得出修正后的固结过程较原Terzaghi固结过程缓慢的结论。由于“影响”一文,忽略了基本假设修正后Terzaghi固结理论已不成立这     

大变形固结理论最终沉降量分析

大变形理论的力学机制较为严格,但由于其固有的复杂性和非线性,目前对大小变形理论计算的沉降量差别仍存在争议。基于连续介质力学基本原理,采用土力学符号约定推导了T.L.描述的大变形固结增量有限元方程组及其总应力分析形式。结合算例,分析了材料线性化和材料几何双线性化简化算法的影响,探讨了较合适的荷载增量步长,讨论了大、小变形法计算的最终沉降量差别。结果表明,荷载增量步长对两种线性化法计算结果较为敏感;大变形法计算的沉降量偏大于小变形结果,这可能是由几何非线性问题的“拉压刚度不同”效应引起;初应力矩阵对最终沉降量有较大影响等。     

复杂工况单向固结理论分析及可视化

以Terzaghi单向固结理论为基础,对均质土层、分层土层、土层荷载增加、土层厚度变化情况下的孔隙水压力进行了理论分析。建立了以孔隙水压力为未知量的差分形式的控制方程,并通过泰勒级数展开,推导建立了具有二阶精度的边界方程;同时采用MATLAB软件编制相应的通用程序,得到Terzaghi单向固结理论孔隙水压力的数值解。此外,基于按作用消散的平均孔隙水压力的定义通过已经得到的孔隙水压力的数值解计算得到各不同复杂工况下的平均固结度,并且利用MATLAB软件强大的数值计算能力和图形处理功能,实现可视化,对于实际工程中的平均固结度的求解及通过平均固结度来推断地面沉降量有一定的指导和参考价值。     

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。     

考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析

考虑到土体处于超固结状态下的压缩性一般要比正常固结状态下的低,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并将其推广到低频循环荷载作用的情况。采用有限体积法对该方程进行了求解,并讨论了非Darcy渗流参数、循环荷载周期以及超固结状态下土体压缩性对固结进程的影响。计算结果表明,在矩形波载作用下,按孔压定义和按变形定义的固结度都随时间增长而震荡增加,且按孔压定义的固结度的震荡幅度明显大于按变形定义的固结度。另外,非Darcy渗流减缓了地基的沉降速率,且循环荷载周期越短,或超固结状态下压缩性越高,地基的沉降速率就越慢。     

考虑非达西渗流的双层软土地基大变形非线性固结分析

现有的双层软土地基大变形固结理论均假定土中渗流遵循达西定律,但软黏土中渗流在低水力坡降下会出现偏离达西定律的现象已逐渐为人们认识。综合考虑双层软黏土中的非达西渗流、软土的非线性压缩渗透特性及实际中的变荷载作用,在拉格朗日坐标系中建立以超静孔压为变量的软土大变形非线性固结模型,并给出其有限差分解。在此基础上,通过与已有的非达西定律下单层地基大变形固结数值解计算结果相对比,以验证其差分解的可靠性。最后着重分析上、下层非达西渗流参数m_1、i_(11)及m_2、i_(12)对固结性状的影响,并分析了在大、小变形不同几何假定下对双层地基超静孔压消散及固结沉降影响的异同。结果表明:上层土参数m_1、i_(11)对固结性状的影响要比下层土参数m_2、i_(12)显著;m_2、i_(12)的增大会引起上层土超静孔压消散速率的加快,但双层地基的固结速率会减慢;大变形假定下双层软土地基的固结速率要比小变形假定下快,但两种几何假定下双层地基的最终沉降量是相等的。     

Gibson大变形固结理论的一种连续介质力学表述

为了克服Gibson大变形固结理论的一维局限性,提出了一个新的连续介质力学模型,其中,采用第2类Piola- Kirchhoff应力和Green应变分别替代Lagrange应力和孔隙比。该模型可以考虑土体压缩性和渗透性的非线性变化以及几何非线性,并具有易于推广到多维模型的优势。结合试验资料,探讨了新模型的固结系数和对流系数的变化规律,结果表明,对流系数随着应变增加而减小,反映了大变形固结过程中土体自重效应在不断减弱。     

考虑起始坡降双层地基的大应变非线性固结

天然软土成层分布特性及土中渗流存在起始水力坡降的现象已被人们熟知。但变荷载下能同时考虑黏土中起始水力坡降、软土非线性压缩渗透特性及大应变特性的双层地基固结理论还鲜见报道。在拉格朗日坐标系中建立以超静孔压为变量的双层软土地基大应变非线性固结模型并给出其有限差分解。通过与考虑起始水力坡降的单层地基大应变非线性固结数值计算结果对比,验证了差分解的可靠性。着重分析了上、下土层起始坡降无量纲参数R1、R2对双层地基固结性状的影响,分析在大应变与小应变假定下双层地基超静孔压消散及固结沉降变形的异同。结果表明：上层土无量纲参数R1对双层地基固结性状的影响程度较下层土无量纲参数R2显著;大应变假定下双层地基渗流前锋的下移速度要快于小应变假定下的移动速度;大应变假定下考虑起始水力坡降的双层软土地基超静孔压消散速率要比小应变假定下快,且大应变假定下考虑起始水力坡降的双层地基最终沉降量要比小应变假定下大。     

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。      

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。     

双面排水非线性固结超静孔压的非对称性解析

为了分析一般意义的非线性固结过程中超静孔压的发展规律,基于欧拉描述的基本方程和构形转换关系,提出了非线性固结过程中超静孔压与孔隙比之间的严格函数表达式。在Morris提出的线性有限应变一维固结解析解答基础上,得到双面排水情况下正常固结和自重固结土体的超静孔压解析解。分析和讨论了超静孔压的非对称分布特征及其影响因素。结果表明,无量纲参数N在超静孔压分布形态上起决定作用。在N不接近于0的情况下,按经典Terzaghi固结理论的超静孔压对称性分布假设将不再适用于非线性固结问题。     

饱和土体一维复杂非线性固结特性研究

结合大量宁波软土室内固结与压缩试验数据,采用偏微分有限元软件FLEXPDE,同时考虑土体固结过程中材料和几何的复杂非线性,进行了土体固结特性研究。在压缩指数和渗透指数不同比值条件下,进行了解析解推导和有限元数值分析,得出了不同条件下土体有效应力和孔隙比沿高度的变化规律。结果表明,压缩指数和渗透指数比值不等于1时,由于数值解法充分考虑土体的复杂非线性,其结果与实际更加符合;而在比值等于1时所得出的结果与Gibson得出的结果一致;考虑土体材料和几何复杂非线性使得有效应力及固结度预测偏于安全。