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     

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.      

饱和粘性土的渗透固结特性及其微观机制的研究

太沙基—维固结理论的一条重要假设是孔隙水压力消散过程中,土体的压缩系数(a_v),渗透系数(K)均不变。对于饱水粘性土尤其对淤泥,这种假设并不成立。笔者设计了K_o固结仪对饱水粘性土进行了试验,得出了渗透固结过程中土体的孔隙比(e),a_v,K及受其控制的固结系数(C_v)的变化规律并结合其它试验资料对饱水粘性土渗透固结的微观机理进行了探讨,最后对有效应力原理提出了新的看法,以便今后建立更符合实际的一维固结模型。     

基于分数阶Kelvin模型的饱和黏土一维流变固结分析

引入基于Caputo分数导数的弹壶元件修正Kelvin模型,以描述饱和黏土的一维流变本构关系。沿用Terzaghi饱和土一维固结理论的假设推导流变固结方程,引入Laplace变换和基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换解法进行数值求解。通过与基于整数阶导数模型解析解的对比,证明数值解法的有效性。通过对文献中一维流变固结试验结果的模拟,验证修正Kelvin模型的适用性。然后分析弹壶元件中分数导数阶数和黏滞系数对地基流变固结进程的影响。计算结果表明,在固结开始相当长的一段时间内,孔隙水压的整体消散速度要快于Terzaghi一维固结理论,但在固结后期则会慢于后者;而且在整个固结过程中,地基沉降速率都要慢于后者。总体来看,地基沉降滞后于孔压消散,并且分数导数阶数越小或黏滞系数越大,这种现象就越明显,而且沉降稳定需要的时间越长。     

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。     

起始水力梯度对饱和黏土一维固结的影响

采用考虑起始水力梯度的非Darcy渗流方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结理论,给出了相应的有限差分格式,并据此探讨了起始水力梯度对渗流前锋、孔隙水压力和土层固结度的影响。计算结果表明,如果起始水力梯度大于0,离排水面较远土层的渗流就存在滞后现象,这样土层的固结要慢于Terzaghi固结理论。此时土层的最终平均固结度小于1,这可归结为土层中存在一定的残余孔隙水压力无法完全消散的缘故。     

一维回弹试验中卸载条件下的负超孔隙水压力响应

针对卸载条件下的孔隙水压力(简称孔压)响应问题,通过一维加载压缩和卸载回弹试验,研究了不同卸载量和卸载速率对孔压变化的作用影响,并基于Terzaghi一维固结理论建立了线性加载和卸载条件下孔压响应的预测方法,结合固结-渗透联合试验测定的压缩和回弹条件下的固结系数,评估了该类预测方法对于卸载条件下孔压响应预测的适用性。结果表明,卸载产生的负超孔压随着卸载量和卸载速率的增加而增加,在卸载初期,超孔压减小速率较快,之后则以近似恒定的速率减小,而基于Terzaghi一维固结理论建立的孔压预测方法并不完全适用于分析卸载过程中的这类孔压响应特性。     

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。     

考虑加载时间的地基沉降计算

根据太沙基(Terzaghi)一维固结理论,考虑连续加载情况,给出了常用固结应力图形的简化计算方法.计算结果更能反映实际情况.     

基于室内模拟实验的软土固结沉降的分形几何

为了能够比较准确、简便地计算及预测软土的沉降,在Terzaghi一维固结理论的基础上,结合分形几何理论对软土的沉降计算进行了探讨和研究。首先通过室内模拟实验,获得了不同固结时期试样的孔隙比e、沉降量以及扫描电镜照片（SEM图片）;然后利用WD-5软件对SEM图片进行处理,并计算得到孔隙分布的分数维D_f;最后建立起e与D_f的函数关系,再结合Terzaghi一维固结理论建立了D_f与固结度、沉降量的关系方程并计算得到相应的固结度及沉降量。经分析得出：Df随着沉降量的增加而减小;软土在固结沉降过程中在42.33 h处有一个明显的拐点;利用Df建立的固结沉降模型计算的结果与试验实测的结果基本吻合。     

固结问题的普遍方程及其应用

自从1924年太扎基(Karl Terzaghi)在荷兰举行的第一届国际应用力学会议上宣读他的著名论文“粘土固结理论”以来,粘土固结理论的研究已经取得了显著的进展并广泛地应用于土工结构的设计方面.几十年来,固结理论的研究大致可以归纳为以下几个方面.     

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。     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩侧负摩阻力分析研究

分析了路堤荷载下刚性桩复合地基中负摩阻力问题,对土体沉降采用Terzaghi一维固结理论,在假设桩及桩周土体变形规律的基础上得到了桩体轴力和变形的计算公式,与一个工程实例的测试结果具有良好的一致性;并讨论了负摩阻力随各种因素变化的影响规律。     

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.      

考虑加载过程及桩体固结变形的碎石桩复合地基固结解析解

为了完善碎石桩复合地基固结理论,通过假设从桩体排出的水量等于流入桩体的水量与桩体体积变化之和以及地基扰动区土体水平渗透系数呈线性变化,并考虑上部荷载逐渐施加,推导了考虑桩体体积变化的碎石桩复合地基超静孔压及固结度解析解。当加载时间趋于零时,本文解可退化为瞬时加载情况下的解;当加载时间及桩径同时趋于零时,本文解可进一步退化为Terzaghi一维固结解,这证明了本文解的正确性。通过与已有解的比较,对地基固结性状进行了分析。结果表明,加载过程对地基固结度影响显著,加载历时越长,固结越慢;在各种条件下,不考虑桩体固结变形时地基固结始终比考虑桩体变形时快,并且其影响随着加载历时变小、桩径比变小、桩土模量比变小、桩土渗透系数变小而逐渐增大,这说明在实际工程固结计算中不考虑桩体固结变形是偏于不安全的。     

真空预压侧向变形影响因素的研究

依据大量工程实测资料以及以比奥 (Biot)固结理论为基础的有限元分析结果 ,对固结系数、排水板打设间距、真空度、预压面积等因素对采用真空预压处理地基的侧向变形的影响进行了研究 ,并通过分析证明了巴隆轴对称固结理论单井假设的合理性     

粉喷桩处理软基固结计算方法的探讨

根据实际的地基结构,在Terzaghi一维固结理论的基础上,建立粉喷桩复合地基桩间土的固结模型并求解;结合高等级公路粉喷桩加固路基工程实例,将理论计算值与现场试验结果进行沉降计算对比分析。     

考虑渗流力时对太沙基一维固结理论的修正

考虑渗流力的作用，对太沙基一维固结理论进行了修正，给出了向上及向下渗流时固结度的表达式，并分析了固结过程中渗流应力的变化规律。结果表明：渗流力对固结度的影响较大，特别是在时间因素Tv=0.1附近，是否考虑渗流力的影响将导致固结度的差值达30 %，因而渗流力对固结度的影响是不可忽略的。     

任意荷载下双面半透水边界分数阶导数黏弹性饱和土层一维固结

基于Terzaghi一维固结理论,分析了考虑半透水边界条件的分数阶导数黏弹性饱和土层在随时间变化的任意荷载作用下一维固结问题。首先,应用Laplace变换联立求解饱和土层一维固结微分方程和分数阶Kelvin-Voigt黏弹性本构方程,推导出有效应力和沉降在Laplace变换域内的解析解,采用Crump方法进行Laplace逆变换,得到了时间域内的半解析解。然后将本文得到的半解析解分别退化为半透水边界条件下基于黏弹性假设的一维固结半解析解和双面透水边界条件下基于分数阶黏弹性假设的一维固结半解析解,结果与已有文献的半解析解相同,验证了本研究所提出解的可靠性。最后通过算例分别考察了半透水边界参数、分数阶黏弹性模型参数和荷载参数对饱和土层固结沉降的影响。研究表明,半透水边界条件参数、分数阶次与黏滞系数主要影响饱和土层固结的发展快慢,而饱和土层的最终沉降量主要受到土层压缩模量的影响;另外,饱和土层的固结规律与外荷载变化规律一致。     

介紹在C_s/C_v为定值时用二点法繪制频率曲綫

常用的皮尔逊Ⅲ型曲线有三个待定的参数:即C_v和C_(so)当計算最大流量、洪量、暴雨量时,C_s/C_v比值一般可預先由地区长系列資料比較后确定。如某些地区最大流量用C_s=4C_v,年径流C_s=2C_v