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。     

Study of the 1-D consolidation behavior of two-layered soft soils: Parametric studies using a rheological model with viscoplastic body

The governing equations for the coupled processes of consolidation and creep of two-layered soft soils are established. The Nishihara rheological model is adopted to simulate the elasto-viscoplastic characteristics of soft soils, disregarding the effects of the soil self-gravity. A semi-analytical theory combined with numerical and analytical methods is introduced to solve the governing equations of the one-dimensional rheological model. The computational procedure and the approximate solutions for two-layered soft soils subjected to surface loading are obtained for two drainage conditions. The solutions and the computational procedure are used to study the effects of the two layers and constitutive parameters on rheological consolidation behavior of soft soils. It can be concluded that two layers affect the rate of excess pore water pressure dissipation and settlement development. The parametric studies show that when the parameters of the upper layer remain constant, increases in the permeability and elastic modulus in the lower layer accelerate the dissipation of the excess pore water pressure, and meanwhile increases in the viscosity coefficient and viscoplastic limit slows down the dissipation of the excess water pressure.     

结构性软土非线性流变本构关系模型的研究

以营口淤泥质粉质粘土为研究对象,基于一种简化的非线性流变模型的建模方法,根据三轴压缩蠕变试验的结果,建立了营口淤泥质粉质粘土的非线性蠕变模型,计算表明:该模型较好地反映了该层软土的非线性流变规律.     

饱和软土成层地基一维非线性固结解析解

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比,基于 - 及 - 关系,推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解,分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序,将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较,验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状,分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中,初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂,对上下层地基固结速率影响不同;初始体积压缩系数增大,超静孔压增大,固结速率变小;所加荷载值越大,超静孔压消散越慢,固结发展越慢;超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度,同时取决于各层土渗透性的相对大小。     

考虑流变性状的软土地基固结有限元分析

对具有流变性状的软土地基固结特性进行了研究,编制了相应的有限元程序。利用该程序对某高速公路软土地基固结问题进行了计算和分析。通过计算结果与实测结果的对比可得到以下结论：在软土地基的固结变形计算中,考虑流变性状的影响是必要的,其计算值与实测值比较吻合。     

考虑固结历史的结构性软土路基沉降数值模拟

沿海地区广泛分布结构性海相软土,给公路运营带来很多安全隐患。通过研究某高速公路江苏段,提出了基于Shanghai软土本构模型,利用现有路基下软土的固结试验结果反推施工前原状土本构参数取值的方法。通过水-土耦合有限元程序模拟路基长期沉降,分析了土层结构性、渗透性、软土层厚度对路基沉降发展的影响。结果表明,土层初始结构性越强,加载阶段孔隙累积值越大,施工沉降越大;工后土体结构性变化越大,土层压缩越明显。土体渗透性影响路基沉降,渗透性越小,累积孔压越大,沉降时间越长,总沉降量与工后沉降占比越大。软土层厚度影响路基沉降发展,土层越厚,路基最终沉降越大,沉降稳定时间越长。     

软土蠕变固结特性研究

通过大量对比试验系统研究了广东典型软土的蠕变固结特性和计算模型。试验结果表明：软土的固结和次固结在变形中所占比例和发生受多种因素影响,包括初始荷载、加荷比、土体固结度、含水率、孔隙比;次固结系数与土体的应力历史、当前固结状态及加荷比有关,在预压荷载下会明显减小;次固结系数与压缩指数之比一般为常数,其值在0.025?0.10之间;剪切蠕变特性与土体所承受的固结压力有关,土样蠕变规律呈应变硬化特征;三轴蠕变特性与排水条件关系密切,固结作用可以削弱蠕变效应;同等加荷条件下,偏应力-轴向应变关系在排水剪切中呈线性关系。而在不排水剪切中呈非线性,并有明显的屈服特征;不排水剪切条件下持续加荷的加荷方式可以适当提高不排水强度。根据上述试验成果分别从考虑非线性本构关系和考虑排水条件分析了蠕变固结模型的建立路径。     

南宁膨胀土非线性流变模型研究

对南宁非饱和膨胀土进行一系列的加载-卸载固结蠕变试验,得到了不同含水率的膨胀土在不同应力水平下应变-时间曲线和不同时刻的应力-应变等时曲线簇。通过对膨胀土各阶段蠕变变形的分析,得到了膨胀土的固结蠕变是包含有黏弹性变形和黏塑性变形成分的非线性蠕变。采用模型流变与经验流变理论相结合的方法,将膨胀土的蠕变变形分成线性和非线性两部分进行分析,蠕变柔量和线性黏弹性模量随时间减小,而线性黏塑性模量随时间增大。结合膨胀土的线性黏塑性模型和非线性黏塑性经验模型,建立能够描述膨胀土非线性流变的黏塑性本构方程。根据试验所得数据,通过非线性拟合方法得到各模型参数,用该模型进行数值分析得到的理论与蠕变试验结果对比非常吻合。研究成果为实际工程提供了流变变形计算分析的可靠依据。     

软土的弹塑性损伤模型在BiOt固结有限元中应用

在Biot固结理论基础上，引入弹塑性损伤本构关系，建立了固结分析有限元方程。对某试验路堤进行了损伤模型计算与弹塑性模型计算的结果比较。结果表明：损伤模型的计算结果大于弹塑性模型的计算结果；损伤随着加荷时间的增长而增大；路基中心线和路基坡脚下的土损伤程度较大。     

Compression and consolidation anisotropy of some soft soils

The compression and consolidation anisotropy of 11 soft soils were studied by conducting oedometer tests on sets of duplicate undisturbed specimens prepared in the vertical and horizontal directions from adjacent sections of carefully sampled borehole cores. The one-dimensional compression, yield and creep characteristics of the various silts, clays and amorphous peaty material tested were similar for the vertical and horizontal directions. The exception was the structured, coarse fibrous peaty material which was strongly cross-anisotropic. Drainage occurred more rapidly in the horizontal direction with horizontal-to-vertical permeability ratios r _k of 1.0–1.7. Higher r _k values were associated with more marked fabrics, namely for clays with fine sand partings, fibrous organic inclusions or fine root-holes and the laminated silts. The r _k value was for practical purposes independent of the stress level. Brendan C. O’Kelly: Formerly Scott Wilson Consulting Engineers, UK     

湖相软土流变模型识别及其工程应用分析

对苏州湖相软土进行了三轴流变试验,根据试验结果拟采用S-6、K-B、K-S 3个流变模型来描述土体的流变特征,在模型参数反演中发现,S-6模型对加载初期变形的拟合精度不够,K-B模型对加载中期变形的拟合精度不够,而K-S模型能够很好地描述苏州湖相软土的流变特征。在模型的实际应用中引入应力比的概念,发现应力比与模型参数成指数关系,以此可以根据不同的工程应力条件来选择模型参数,最后,将该模型用于实际工程的沉降计算,通过与实测数据的对比显示模型的拟合精度较高,可以用于指导该地区的工程建设。     

考虑软土流变特性的沉降预测模型研究

增长曲线模型自身的特点决定了其能很好地预测地基沉降的发展趋势。先将该模型推广到多级填土荷载下的路堤沉降预测中,接着基于绝对时间坐标系下的软土次压缩计算式,提出了带软土流变项的新型增长曲线模型,并采用数学中的最优化技术,结合前期沉降实测资料对模型中待定参数进行反演。实例计算表明：该模型对沉降预测精度高,能合理地反映出土颗粒骨架的蠕变过程,且能较准确地给出不同时刻的次压缩量,具有一定的工程参考价值。     

上海软土各向异性弹塑性模型

根据同济大学真三轴仪所做的上海典型软土的排水试验、Kirkgard和Lade真三轴仪所做的旧金山湾淤泥的不排水试验资料，以及日本太田—关口(0hta—Sikiguchi)模型，提出上海各向异性弹塑性模型(简称上海软土模型)，该模型包括形状函数、屈服函数、应力—应变关系。为了证明模型的合理性，从理论和试验中对形状函数和屈服函数进行了检验。最后，提供了上海软土模型的有关参数。     

考虑循环变温的软土热固结模型

在能源岩土工程发展需求背景下,土体工程特性的温度效应研究受到了国内外学者的广泛关注。针对现有关于循环变温热固结理论研究的不足,提出考虑循环变温条件下土体先期固结压力随温度循环次数变化的关系式,计算多次循环变温后软土的固结压缩量。在此基础上,推导考虑循环变温的太沙基固结修正公式,分析整个循环变温过程中孔压和固结沉降的变化规律。最后通过与单元体测试结果进行对比,验证该计算模型的可靠性。研究结果表明,在循环变温和瞬时荷载的耦合作用下,土体的沉降变形和孔压随温度循环次数的变化而变化,且影响程度与循环次数相关;新型热固结模型为涉及循环变温的岩土工程问题分析提供了一定的理论支撑。     

预压作用下软土微观结构试验及弹黏塑性模型研究

为了揭示软土固结蠕变机制,计算软基“工后沉降”,开展了室内模拟真空、堆载以及真空-堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下,固结过程和蠕变过程具有耦合效应;土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系;EVP模型弱化了具体应力路径的变化,其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定;改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形,也考虑了土体微观结构的变化,能更全面地反映土变形的实质。     

软黏土固结系数确定方法探讨

根据揭普高速原状软土的室内固结试验结果和现场实测结果,对7种固结系数确定方法的原理、精度、使用简便性、优缺点等进行了比较研究。研究结果表明,三点法和时间平方根法是较好的方法,但采用时间平方根法时其固结试验应采用较大的加载比。研究还发现,同一场地单元、同类软土、不同土样的固结系数离散性较大。实际工程中,同一单元地段应进行多组固结试验计算固结系数,剔除较高值者,取余下均值为该地段的固结系数。     

饱和软土大变形非线性自重固结模型

基于分段线性方法,建立了饱和软土一维自重固结模型（简称SWC模型）。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证,证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程,包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后,以现场试验为基础,采用SWC模型对饱和软土自重固结的4个主要影响因素（即土体初始高度、边界排水条件、初始孔隙比和土粒相对密度）进行了参数分析。结果表明,上述4个参数对软土自重固结过程均具有重要影响：土体初始高度越高,则自重固结沉降量和最终平均应变值越大;边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响,但不影响自重固结的最终沉降量;初始孔隙比越大,则自重固结沉降量越大,其完成自重固结所需时间越短;土粒相对密度越大,则土体的最终沉降量越大,完成自重固结所需时间越短。     

海积软土固结过程中微观结构变化特征分析

本文通过不同固结压力下海积软土所得的SEM照片，采用结构单元体和孔隙的大小、形态及定向性参数，分析了海积软土在固结过程中微结构的变化特征。发现随着固结压力的增大，不同类型的孔隙反映不同，含水类型也随之改变，孔隙形状变得细长，但定向性变化不大；结构单元体在固结过程中不断变大，平面形状以扁椭圆形为主，定向排列越来越明显。     

变荷载下软土一维流变固结解析理论

研究了变荷载作用下考虑土的流变特性时的饱和软土层的一维固结问题,通过Laplace变换得到了瞬时加载条件下的解析解,进而根据瞬时加载条件下的解,通过积分的方法,得到了变荷载条件下的解析解。并且根据解析解的结果,通过编程计算作出了几个主要影响因素对固结过程的影响曲线图。结果表明：?1的取值对固结曲线的形状有显著影响;随?0的减小,固结度减小,固结速率减缓。