对经典小变形固结理论固结系数的辨析

针对经典固结理论中固结系数的两种不同定义,探讨了其根源和潜在影响。对体元体积变化率的计算方法不同是导致产生两种小变形固结系数的主要原因。根据有限变形理论分析,Terzaghi(1943)和Terzaghi & Fröhlich (1936)提出的小变形固结系数分别具有拉格朗日坐标和欧拉坐标的背景,均不同于Terzaghi(1923)最早得到的形式。在Gibson大变形理论研究中涉及的小变形固结系数是按Terzaghi & Fröhlich定义的,在此前提下所得的大、小变形法结果差异的定量结果可能具有一定局限性。从应用角度看,两种固结系数之间的差别与荷载大小和土体的结构性等因素有关。     

确定固结系数的固结速率半对数法

基于太沙基一维固结理论,推导了固结速率与固结时间的解析关系,为固结系数的求解开辟了新方法。该方法避免了图解法的缺陷,消除了初始沉降和次固结的影响。求解中采用最小二乘法原理,便于计算机数据处理。通过与现有方法比较,发现该方法准确、可靠和简便,可以在实际工程中推广应用。     

饱水粘性土主固结理论(续):主固结过程粘性土含水量与时间的关系

论文的前文(饱水粘性土主固结理论) 已从理论上导出粘性土“主固结比(η) ”、“极限主固结量(S_η) ”及其主固结度U_η的计算方法, 它们取决于粘性土的初始含水量和液限(W_t、W_L) 而与固结应力p无关.作为前文的续篇, 主要是探求一维主固结过程含水量和时间(t) 的变化关系(W_t=f(t, z)).根据一维固结物理模型及假设条件建立的含水量为因变量的主固结二阶偏微分方程并通过特定的边界条件和初始条件, 利用分离变量法和三角函数正交原理解得主固结过程含水量和时间的关系式, 并获得主固结系数Θ及其时间因数Δ的新表达式, 它们在形式上与太沙基固结方程相似, 但实质内容上不一致, 前者是探索粘性土含水量变化, 后者是超静孔压u的变化, 利用新的一维主固结方程进一步导出主固结量(S_t), 平均主固结度(U_t) 及主固结剩余量(ΔS) 等新一组表达式, 利用工程实际数据分别计算表明新的主固结系数Θ所含的相关物理量除含水量外, 其他的物理量如渗透系数(K), 超静孔压水头高度(h₁), 粘性土比重(G_s) 等都不具实质的影响.      

基于固结试验的固结系数合理选择探讨

本文以广深线上里程为K44+165～+300段土样的94组固结试验数据为依据,探讨基于室内固结试验合理选择固结系数的方法,分析结果发现:当固结压力较现存压力小得多时,时间平方根法和司各脱法计算所得的固结系数比较合适;当固结压力大小在现存压力P0左右时,应选三点法计算所得的固结系数.     

双层软土非线性固结理论研究

对固结系数的非线性变化进行了理论分析,推导了固结系数的非线性控制方程,指出了γ因子对固结系数非线性变化的影响。考虑到固结系数、渗透系数、压缩系数整体变化以及双层软土一维非线性固结方程求解困难,建立了差分格式的双层软土一维非线性固结差分方程,利用差分法对该方程进行了求解,为工程中复杂方程的计算提供了一种新的方法。研究表明:固结系数并不是决定双层软土非线性固结性状的唯一指标,须综合考虑各种因素的影响。     

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。     

正常固结软土渗透系数与固结应力关系研究

从固结系数的定义出发,将压缩系数视为变量,建立了渗透系数与固结应力的微分方程,求得了软土正常固结状态时,考虑前期固结压力的渗透系数随固结应力变化关系表达式。利用室内试验数据,将提出的公式与现有渗透系数与固结应力关系式、试验结果进行对比。研究表明,所提出的公式能较好地反映渗透系数随固结应力变化的特点,比未考虑前期固结压力的计算式更接近于实际情况,从而为实际工程中预估固结变形速率提供了一种较为准确的方法。     

固结系数的空间变异性对一维固结的影响分析

采用空间均值的方差的两种算法分析了自相关距离对固结系数的变异性的影响。结果表明,随着自相关距离的增大,固结系数的变异性增大。分析了不同土层的固结系数的不同,变异性对一维平均固结度的影响是不同的。结果表明分析一维固结,应视土层情况和工程性质考虑是否用随机场来模拟土的固结。     

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。     

两种滨海相软土固结特性的试验研究

为了探讨软土固结变形特性,对两种海相沉积的漳州淤泥质土和东莞淤泥质土两类软土样进行了室内固结试验。试验结果表明,蠕变曲线ε-t呈现出衰减特征;压力与应变p-ε等时曲线的非线性特性明显,具有较好的指数关系;两类软土的主、次固结系数受加荷比的影响随固结压力变化而变化,表现为阶段性变化特征。基于Singh-Mitchell模型和采用p-ε指数函数与ε-t双曲线函数关系的组合模型,建议了应力-应变-时间关系的分段表达式,该分段模型与试验结果有更好的一致性,能较好地预测两类软土固结变形特性,并具有简单方便的优点。     

固结问题有限元法时步自适应研究

关于提高有限元法解的精度和稳定性问题已受到不少学者的重视。基于Biot固结理论,为提高有限元法计算的精度和稳定性,研究了固结过程中的时步自适应。采用基本原理推导出时步控制公式,从而全面控制应力和孔隙压力场。研究结果有助于准确模拟应力应变的发展,对粘土心墙土石坝等建筑物的设计及施工有重要意义。     

饱和土体一维固结三参数概率特性研究

在考虑岩土参数空间变异性的情况下,对软粘土地基一维固结平均固结度的概率特征进行了研究,分析了平均固结度的概率特征对渗透系数、孔隙比和压缩系数三参数变异性的敏感性,进行了岩土参数分布类型对平均固结度影响的正交试验,并根据试验结果进行了方差分析,为进一步开展多层地基固结的可靠性分析打下了基础.     

固结度对长江漫滩相软土抗剪强度的影响

为探究长江漫滩相软土的抗剪强度特征,采用静三轴仪对南京长江漫滩相原状软土进行一系列试验,探讨不同固结条件下漫滩相软土抗剪强度的变化规律。结果表明：当固结度在60%～100%时,增大初始有效围压可在一定程度上提高抗剪强度;在相同围压下,抗剪强度随固结度的增加均规律性增大。以完全固结时的抗剪强度值τf,100%为参考,给出不同固结度下τf对应的折减系数,同时分别给出内摩擦角和黏聚力随固结度的变化关系,为长江漫滩区建设工程地基设计与施工提供参考依据。     

软土抗剪强度指标随固结度变化规律分析

常规的抗剪强度指标黏聚力c和内摩擦角φ无法准确描述堆载作用下任意固结度时软土的力学特性,而现有的考虑软土抗剪强度值随固结度增长的极限平衡法无法得出应力场、位移场等实际工程需要的数据,因此,基于理论推导和室内试验,对堆载作用下软土抗剪强度指标随固结度的变化规律进行了分析。对现有的2个计算公式进行了对比分析,得出它们具有等价性。从孔隙水压力的角度进行分析,提出了新的计算公式,并且得出内摩擦角随固结度单调递增,黏聚力随固结度单调递减的变化规律。当固结度一定且不为100%时,黏聚力与初始固结压力呈线性增长的关系,内摩擦角与其无关。室内试验表明,由于综合考虑了有效应力参数和总应力参数,新推导公式与试验结果吻合得更好,证明了新推导公式正确性和优越性。     

高速公路砂井地基固结度时空变化规律探讨

软基固结度时空变化规律的研究对解决高速公路软基沉降预测问题具有十分重要的意义。本文在讨论固结度时空变化的实质与计算方法的基础上，结合京珠高速公路广珠段某软基试验资料，初步探讨了高速公路砂井地基固结度的时空变化规律，特别提出固结的滞后效应及其对固结沉降曲线形态的影响，并简要讨论了砂井直径和间距对固结度的影响，认为软基沉降中地下水微观动力学过程的研究将有助于揭示固结度时空变化规律。     

强夯法加固的主要设计参数研究

综合利用土体动力学理论,结合弹塑性有限元分析,研究了不同地基条件、不同的夯击方式下土体的应力-应变特征,从理论上确定了不同地基条件下,强夯法施工中的设计参数选定方法,包括锤重、落距、夯距等。在常用的地基或填方参数情况下,有效加固范围是夯锤直径的1.5～2.5倍。以此作为强夯设计依据,对工程实践具有一定的指导意义。     

An automatic time increment selection scheme for simulation of elasto-viscoplastic consolidation of clayey soils

An automatic time increment selection scheme for numerical analysis of long-term response of geomaterials is presented. The scheme is simple, rational and stable. Governed by a simple empirical expression, it can adaptively adjust the time increments depending on the strain rate-dependent temporal history of the material response. The proposed expression requires only a few parameters whose selection is a trivial task since they have a small effect on accuracy but have a significant effect on computational efficiency. This generalization has been made possible because of the enforcement of certain predefined control criteria to avoid extreme conditions. If any of the control criteria is satisfied, the computation is restarted by going a few time steps back to ensure the smoothness of the computed responses and time increments are again continuously adjusted through the governing equation provided. Performance of the automatic time increment selection scheme is investigated through finite element analyses of the long-term consolidation response of clay under different geotechnical profiles and loading conditions. Both elastic and elasto-viscoplastic constitutive relations are considered, including the consideration of the destructuration effects of geomaterials. Numerical results show that the performance of the automatic time increment selection scheme is reasonably excellent. While offering reasonable accuracy of the numerical solution, it can ensure temporal stability at optimal computational efficiency. In addition to the Euler implicit method, the automatic time increment selection scheme also performs well even when the explicit fourth-order Runge–Kutta method is employed for the integration of time derivatives.     

分级连续加载条件下原状膨胀土固结变形研究

由固结系数Cv与有效应力 和孔隙比的关系,推导了考虑固结系数变化的分级连续加载固结控制方程。根据方程的解析解得到了分级连续加载的沉降计算公式。结合云桂高速铁路建设,以高路堤分段堆载方式为研究依据,在GDS三轴试验系统开展原状膨胀土分级连续加载K0固结试验。结果表明：沉降与时间关系在加载期呈折线式发展,稳载期呈双曲线变化;膨胀土的应力-应变关系呈阶梯式变化;当 ≤ 时,固结系数随有效应力呈先增大而后减小,当 ＞ 时,固结系数随有效应力呈波动持续减小。固结度理论计算值与试验结果相比,考虑固结系数变化的固结度计算比固结系数为定值更准确。分级连续加载沉降计算公式可作为分析高速铁路路基沉降-时间关系的参考方法。     

电渗的二维固结理论

在Esrig一维固结理论的基础上,采用分块处理的办法,就阴极排水,阳极不排水;阴极不排水,阳极排水;阴极排水,阳极排水三种情况进行了二维固结理论的解析,证明了电渗最终产生的超孔隙压力可正、可负,其极值决定于两极所加电压大小,其分布与电压的分布和边界条件有关,和初始条件无关。