确定土体前期固结压力的非参数化拟合模型

土体前期固结压力是判断土体固结状态的一个重要指标。对不同固结状态的土,其沉降计算公式不同,准确确定土体前期固结压力非常重要。在采用常规参数化模型进行e-lgp曲线拟合求解最大曲率点不完善的基础上,提出了非参数化模型--3次平滑样条曲线进行拟合的方法,计算表明：该模型对试验数据适应性好,拟合精度高。基于卡萨格兰德确定前期固结压力的方法,通过MATLAB语言编制了相应的计算程序PCP Calculation,程序界面友好,可准确绘制图形,计算结果令人满意。     

互补算法在一维非线性固结求解中的应用

以一维非线性固结为例,介绍了互补算法在固结问题求解中的应用。将地基土体的压缩特性曲线进行分段线性拟合并引入控制变量,得到土体孔隙比与有效应力间的统一关系式,并获得压缩曲线中的互补关系;详细推导了以孔隙比与有效应力为变量的一维非线性固结微分方程,通过对其进行差分求解,并结合压缩曲线中的互补条件,使得不同时刻的非线性固结问题转化为标准的线性互补问题。这样,非线性固结问题可通过在线性固结差分法中嵌入互补模型算法进行求解。该法的合理性通过与普通迭代算法进行对比获得证明。在此基础上,对一维固结问题线性与非线性解答的差异及影响非线性计算的因素进行了分析。计算中发现,互补模型算法在计算效率方面优于普通迭代法;线性计算程序中嵌入互补模型算法计算非线性固结在程序上容易实现;互补模型算法中通过对控制变量的求解,可判断地基土体所处的压缩状况     

红黏土固结-蠕变特性及其耦合模型

红黏土的蠕变特性直接影响到红土边坡的长期稳定性。为了深入研究红黏土的蠕变特性,设计改制了一套基于杠杆加载原理的三轴蠕变试验装置。采用分级加载,对红黏土试样进行室内排水三轴蠕变试验,获得了不同偏应力水平下的蠕变全过程曲线,采用"陈氏加载法"将分级加载曲线转化成分别加载曲线,并利用等时曲线法得出红黏土蠕变破坏阈值。将固结理论与Kelvin蠕变模型相结合以描述红黏土在偏应力作用下的固结-蠕变特性,然后利用一部分偏应力水平下的蠕变试验结果进行回归建模以确定各模型参数,并以此建立出考虑固结-蠕变耦合作用的红黏土元件蠕变模型,最后采用所建蠕变模型对另一部分蠕变试验结果进行预测,结果表明:本文模型无论是拟合还是预测的精准度都很高。     

UH模型在有限元分析中的应用

由姚仰平等提出的超固结土统一硬化模型(UH模型)能够描述超固结土的硬化、软化、剪缩和剪胀等应力应变特性以及应力路径对它的影响。通过改进,直线型的Hvorslev线由抛物线型的Hvorslev线代替,UH模型的参数与剑桥模型(Cam-clay模型)的参数相同。应用该模型,对三轴试验进行有限元模拟,分析了与应用Cam-clay模型所得应力应变关系曲线的异同点;针对刚性承压板试验,进行了地基承载力的三维有限元分析,比较了与应用Cam-clay模型和摩尔库仑模型(Mohr-Coulomb模型)等所得p-s曲线的不同,分析了地基中不同点处的应力-应变关系曲线,并与Boussinesq弹性理论计算的应力做了比较;进行了地基固结沉降数值分析,比较了孔压、沉降的变化规律,体现了UH模型的优越性。     

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。     

膨胀土临界状态强度特性及其模型拟合

针对蒙自地区膨胀土,进行了饱和重塑条件下的固结排水(CD)与固结不排水(CU)试验,系统研究了饱和土在不同固结围压3、初始干密度d、初始含水量0、剪切速率、排水条件下的应力应变特性。通过对临界状态试验结果的归一化处理,揭示了不同试验方法对同一土样抗剪强度量测差异的内在统一性,得到了重塑饱和膨胀土在固结排水与不排水条件下p'-q-空间内的破坏线。利用双曲线模型较好地拟合了弱硬化型应力应变曲线,用指数曲线模型拟合了弱软化型应力应变曲线,为模拟边坡在降雨条件下的抗剪强度变化及构筑物土体处于正常水位时的强度状态等工况提供了技术参数与理论支持。     

单向压缩状态下上海地区软土的蠕变变形与次固结特 性研究

基于上海地区原状软土的一维固结试验,讨论了在不同加荷比、加荷速率及超载预压情况下软土的蠕变变形特性和次固结特性。试验结果表明:蠕变变形随应力水平、加荷速率的增大而增大。相同应力水平下,加荷比较大的土样蠕变变形较小。蠕变变形为非线性,随着应力水平的增加,蠕变变形从粘弹性到粘塑性转变,加荷比较大时,这种转变更明显。对试验结果进行曲线拟和,确定Metchell一维经验模型参数,拟和曲线与试验结果吻合较好。通过对次固结阶段试验数据的线性拟合可知,对于正常固结土,次固结系数Ca值受应力水平和加荷比的影响不大,而与加荷速率密切相关,加荷速率较大时,Ca值随荷载的增大急剧增大后略有降低。超载预压可有效减小次固结系数,从而有利于减小工后次固结沉降。     

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.      

软土的一维次固结双曲线流变模型研究

软土的次固结对于软土的变形量非常重要。在软土次固结计算中,通常以次固结系数作为计算参数,但该系数不能反映荷载变化的影响,而且只适用于正常固结土。由于工程中所遇到的大都为超固结土,对超固结土的次固结计算还缺少合理的方法。通过室内试验开展了软土次固结沉降相关研究,进行了多组原状软土试样的分级加载次固结试验,试验结果表明,对于软土次固结计算,建议从次固结应变与时间关系的角度,采用双曲线形式进行拟合,并分别对正常固结和超固结状态的次固结应变参数进行分析,建立了一维次固结的经验模型公式,提出了一种考虑压力对次压缩影响的次固结沉降计算方法,并将该方法应用于现场工程项目,验证了该方法可以适用于正常固结土和超固结土,使得软土次固结沉降量的计算能够更好地反映实际工程问题。     

考虑温度影响的非饱和土本构模型

首先建立了反映温度对非饱和土前期固结压力影响的加载-升温(loading thermal, LT)屈服线,而后基于真强度概念并结合潜在强度的确定方法推导出不同温度下非饱和黏土临界状态应力比的理论计算公式;将LT屈服线与反映常温下吸力对土体前期固结压力影响的加载-湿陷(loading collapse, LC)屈服线结合,建立了加载-升温-湿陷(loading thermal collapse, LTC)屈服面,该屈服面综合考虑了温度和吸力对土前期固结压力的影响;最后在临界土力学框架内建立了一个考虑温度影响的正常固结非饱和土本构模型,并将其扩展到超固结非饱和土。与巴塞罗那模型相比,所提出的模型仅增加了一个参数来反映非饱和土的前期固结压力随温度升高而降低的特性。模型能够综合描述温度、吸力以及不同超固结程度对土应力、应变的影响,方便于数值计算和有限元分析。模型预测和试验分析表明,某一固定吸力下升温会使正常固结非饱和土强度提高;对于超固结非饱和土,升温或湿化均会破坏土体超固结,降低软化和剪胀的效果。     

铁路客运专线路基沉降预测的新方法

路基的工后沉降控制是高速铁路建设的重要问题之一,利用铁路客运专线路基现场观测数据,找出相应的路基沉降规律有利于指导设计与施工。在分析武广铁路客运专线路基大量数据的基础上,将三点法的基本思想引入到双曲线模型,建立了基于双曲线模型的三点法。其具体做法是：在实测沉降曲线上选取3个适当的点作为预测样本,代入双曲线模型进行预测。为了检验新方法,运用常用的双曲线方法、三点法、Asaoka法、星野法、泊松曲线法进行对比分析,并且提出了新方法的取点控制条件。研究表明：基于双曲线模型的三点法的预测误差小、相关系数高、与实测数据吻合较好,具有一定的实用价值,为铁路客运专线无砟轨道铺设的沉降预测问题提供了参考。     

基于滤纸法的非饱和渗透性曲线测试

渗透性曲线是反映非饱和土中水分运移的重要参数，瞬态剖面法是测定渗透性曲线的常用方法。将滤纸法应用于传统的瞬态剖面法，设计了一种土柱装置，用于测定土体的渗透性曲线。该装置包括上部能够持续给水的供水系统及下部由带环刀的土样与滤纸叠置而成的土柱。在水分下渗过程中，定期测量土样与滤纸的质量以获得土柱的含水率剖面与水头剖面，根据所测数据计算得到土?水特征曲线和渗透性曲线。用此方法测得甘肃正宁马兰黄土与第1层古土壤的渗透性曲线和土?水特征曲线，该方法测量的吸力范围大，为1～105 kPa，渗透系数范围在10?5～10?13 m/s。用常见的统计预测模型预测了土体的渗透性曲线，并与实测曲线对比发现小吸力范围预测值与实测值相符，大吸力范围预测值偏差较大。     

黄土骨干曲线模型比较分析

对饱和重塑黄土进行了一系列不同加载条件下的动三轴试验,研究了对每级荷载应用多个滞回圈构造骨干曲线的方法,该方法可以考虑更多的试验信息,减小试验随机性对模拟曲线的影响。并运用该方法对试验数据采用Hardin-Drnevich模型、修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型3种不同的骨干曲线模型进行数值模拟,分析了不同的骨干曲线模型对试验数据模拟的准确性和参数敏感性。结果表明,在试验条件变化时Hardin-Drnevich模型并不能总是很好地模拟试验骨干曲线,而且在有些情况下偏离较多。修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型相比于Hardin-Drnevich模型能更好地模拟试验数据。在对不规则动载下黄土动力反应的数值模拟中,可以考虑用修正Hardin-Drnevich模型和Martin-Darvidenkov模型模拟骨干曲线。考虑到Martin-Darvidenkov模型参数对试验数据相对敏感,因此,建议采用修正Hardin-Drnevich模型模拟骨干曲线。     

软土地基工后沉降预测模型的研究

预测工后沉降是高速公路所要解决的主要问题之一。指数曲线法和双曲线法是以往常用的分析方法。但实践表明,前者推算的结果常常偏小,而后者推算的结果又常常偏大。文中提出了一种反映沉降速率与沉降半立方非线性关系的双曲型曲线预测模型。理论分析和实例预测结果表明,该模型的预测值更接近实测值,预测结果的可靠度更高。     

全过程沉降预测的新模型与方法

地面沉降是普通存在的一种环境灾害为此提出了一种新模型,它概括了泊松曲线模型与Verhulst模型,能准确预测全过程沉降量的变化规律。提出了将非线性回归与3次样条插值相结合求解新模型的思路与方法,突破了泊松曲线模型所用三段计算法的局限。实例分析结果表明：所提出的方法能准确地求得非线性模型的解;新模型及方法与Verhulst模型及方法相比,能使模型计算值与实测值之间的残差大幅度减小。新模型为岩土工程设计提供了新的科学依据。     

砂土地基斜桩水平承载特性p-y曲线法

基于Reese建议的砂土p-y曲线,提出了适用于斜桩水平承载特性分析的修正p-y曲线及相应的有限元分析方法。根据桩前土体受力特点,假设桩前浅层土体达到极限破坏状态时桩侧被动破坏区为一个三维楔形体,采用极限平衡分析方法导出了斜桩桩侧极限土抗力表达式,对比研究了斜桩倾角、桩-土界面摩擦系数等因素对极限土抗力的影响规律,并给出了斜桩初始地基反力模量确定方法。在此基础上,修正Reese提出的直桩p-y曲线,提出了砂土地基中斜桩p-y曲线确定方法。利用虚功原理,导出了斜桩水平承载特性分析的有限单元列式,编制相应的分析程序,通过算例验证了方法的合理性和有效性。最后,采用修正的p-y曲线法对一离心机模型试验进行了模拟分析,结果表明,计算与试验结果吻合得很好     

边界单元法在电法勘探中的应用

本文用加权剩余法导出点源二维地电断面的边界单元法积分方程。通过付氏反变换,可获得三维空间的电位。若干模型上正演计算结果与解析解完全一致。对实测的ρ_s曲线进行了地形攻正及选择法反演拟合,解释结果与实际地质断面符合得很好。     

一种基于热力学原理的密砂模型

从热力学定律出发,利用自由能函数和耗散函数,通过严格的理论推导得到屈服函数、流动法则和硬化规律。在临界状态模型的框架内,将基于热力学基础的各向异性模型和特定的旋转硬化规律结合起来,提出了一种新的处理方法用来模拟密砂在三轴试验中的变形曲线。给定多组模型参数,计算排水和不排水三轴试验,并简单讨论了模型参数对曲线规律的影响,结果表明这种方法是有效的。通过屈服面在变形不同阶段采用不同的旋转方向,能够考虑密砂的复杂试验曲线特征,又由模型的热力学基础保证了屈服面和剪胀函数的协调。这种方法确定的模型结构严密,适应性强,可以描述大范围土体的特性,且简单易于使用。     

基于改进BISQ模型的地震波场数值模拟

Biot流动和喷射流动是含流体多孔隙介质中流体流动的二种重要力学机制,Dvorkin和Nur提出了同时包含Biot流动和喷射流动力学机制的统一的BISQ(Biot-Squirt)模型。由于BISQ模型的流体压力表达式十分复杂,MamadouS.D和ErwinA又在引入Squirt机制的同时提出了不含特征喷射流动长度的改进BISQ模型。这里基于改进BISQ模型,运用伪谱法进行了波场模拟,证实了快P波、慢P波、SV波和SH波的存在。通过与Biot模型和BISQ模型的比较,改进BISQ模型计算简单,便于描述,正演模拟结果也与其它二个模型保持一致,是一种可行的新BISQ模型。     

基于田间试验的土壤水分运动模型选择

基于不同形式Richards方程可建立不同适用范围和计算精度的数值模型,针对具体情况下如何选择合适模型的问题,以武汉大学农田水利试验场田间入渗试验为例,选用6种模型(Picard-h模型、Picard-θ模型、Picard-mix模型、Ross模型、动力波模型和水均衡模型),运用贝叶斯模型平均(BMA)方法进行了模型选择的计算;针对BMA方法无法考虑模型计算效率的缺点,进一步提出了可同时考虑模型计算精度与计算效率的改进BMA方法。计算结果表明,在本田间尺度问题中,Ross模型排序最高,说明其兼具高精度与高效率,改进BMA方法可增加高计算效率模型被选中的概率,使模型选择更加全面合理。