循环荷载作用下黏弹性地基一维固结性状研究

针对单层黏弹性地基模型,对循环荷载作傅立叶级数展开,由固结方程求得循环荷载作用下不透水 (透水) 边界饱和软黏土一维固结解析解.通过不同渗透系数、黏滞系数和弹性模量以及黏弹性与弹性不同地基模型比较等对有效应力的影响,进行了固结性状分析.结果表明、在循环荷载作用下地基中各点的有效应力并不随荷载的变化而同步变化,而是按一定规律滞后发展;有效应力最终达到一个稳定状态,每一个加载卸载循环下有效应力幅值在一个振荡周期的平均值变化趋近于0;软黏土的流变特性对固结的影响主要发生在中、后期.     

循环荷载下黏弹性饱和土层的一维固结

针对单层黏弹性地基Merchant模型,运用Laplace变换,求得频域内单层黏弹性地基的一维固结解。通过Laplace逆变换,计算了单层黏弹性地基在任意循环荷载下的有效应力及平均固结度。此外,结合工程实例,研究了Merchant模型各参数对循环荷载下黏弹性地基固结的影响。结果表明,在黏弹性地基的固结过程中,有效应力和沉降的发展速率是不一致的,黏壶的存在使地基固结初期的有效应力增长加快,而使固结后期的有效应力增长减慢,同时使变形的发展滞后于有效应力的发展。研究结果亦表明,循环荷载下土体的固结对独立弹簧模量的变化要比Kelvin体中弹簧模量的变化敏感。     

变荷载下连续排水边界黏弹性地基一维固结性状分析

在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界黏弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

循环荷载作用下超固结软黏土软化-孔压模型研究

随着循环次数的增加,循环荷载作用下正常固结软黏土孔隙水压力逐渐增加,而孔压的增加将导致土体发生软化现象。对于超固结软黏土,循环荷载作用下在循环初期将产生负孔压,而此时也发生循环软化现象,这显然与有效应力原理是相矛盾的。以往的研究往往通过建立软化指数与循环次数的关系来描述土体的循环软化特性,从而不能反映土体的循环过程中残余孔压变化对土体循环软化的影响。通过对杭州饱和软黏土进行应力控制的循环三轴试验,对循环荷载作用下超固结软黏土的软化特性及孔压发展规律及两者关系进行了研究。在试验的基础上建立了超固结软黏土循环软化-孔压模型,该模型反映了残余孔压增长对超固结软黏土循环软化特性的影响规律。     

变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结性状分析

本文在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结性状分析

本文在考虑软黏土流变特性的基础上,结合工程实际,引入连续排水边界条件,建立了变荷载下连续排水边界粘弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法,求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解,进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明:上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化;越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快,且随着其离排水边界的距离减小,对固结速度的影响逐渐增大;另外,软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。     

弹黏塑性模型及其在预压处理软基沉降计算中的应用

以准确计算预压荷载作用下软土路基的工后沉降为目的,分析了不同预压法加固软土地基时土体的应力变化。提出了用弱化应力路径变化过程的弹黏塑性模型表示软黏土的应力-应变关系。结合经典比奥固结理论,推导了预压荷载作用下土体沉降计算的有限单元法。通过具体算例,验证了所提方法。结果表明：（1）不同预压方法的加固机制和应力路径均不相同。堆载预压法加固软基是一不等向的正压固结过程,真空预压法则是在负压作用下的等向固结过程;（2）弹黏塑性模型是不受瞬时施加应力的大小及具体应力路径变化过程影响的软土流变模型,运用于预压荷载作用下的软基时具有不考虑应力路径和不划分主次固结的优越性;（3）在比奥固结理论中,用弹黏塑性模型反映软土的物理方程时,可计算软基考虑了弹黏塑变形性质的固结沉降和工后沉降;（4）弹黏塑性模型的软土体黏性参数? /V和塑性参数? /V对竖向位移都有比较明显的影响。     

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法（DFEM）能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

循环荷载下软黏土不排水强度弱化分析的动力有限元ABAQUS实现EI北大核心CSCD

在波浪循环荷载作用下饱和软黏土地基出现孔隙水压力升高,并导致不排水强度弱化,严重影响防波堤的承载性能。考虑静偏应力影响,基于最大孔隙水压力发展模型和正常固结软黏土不排水强度公式,推导出软黏土不排水强度随循环荷载作用次数和应力水平变化的动态折减规律。结合软黏土不排水强度动态折减规律和M-C屈服准则,在有限元软件ABAQUS上实现软黏土不排水强度循环弱化分析的数值开发和动力运算过程。运用该动力有限元方法对天津港防波堤地基软黏土的动、静三轴试验进行数值模拟运算。结果表明,最大孔隙水压力发展曲线以及循环荷载作用后不排水强度的数值预测结果与动三轴试验结果吻合良好。另外,动力有限元方法(DFEM)能够表示土体强度在循环荷载作用下的具体弱化过程。     

循环荷载作用下考虑非达西渗流的软黏土一维流变固结分析

基于Hansob渗流理论和Merchant流变模型,将微分型流变方程耦合到一维固结理论中,建立了循环荷载作用下双变量表述的软黏土一维流变固结耦合方程组。采用FlexPDE软件对方程组进行了求解,通过与已有文献结果对比,验证了算法的可靠性,在该基础上研究了循环荷载作用下饱和软黏土的一维流变固结特性,分析了Hansob渗流参数、Merchant流变模型参数以及循环荷载类型对饱和软黏土固结特性的影响。研究结果表明,按超孔压定义的平均固结度 和按变形定义的平均固结度 均呈现循环变化特征,且 > ;当循环周次较大时, 进行稳定循环状态,由于流变效应, 峰值仍呈逐渐增大趋势;随着Hansob渗流参数 和 的逐渐增大,地基固结速率逐渐降低,同一循环周次内 、 的峰值也随之降低;随着流变参数F的逐渐增大,同一循环周次内 的峰值逐渐降低, 的峰值显著提高;随着 的逐渐增大,同一循环周次内 、 的峰值逐渐降低。循环荷载作用下地基的平均固结度始终处于循环状态,无法达到固结完成状态,其最大平均固结度也远小于线性荷载的情况。     

重塑黏土的高压次固结特性初探

利用自行研制的高压固结试验系统,对重塑黏土试样进行了竖向压力从0.25 MPa到12.00 MPa的一维固结试验;并利用三轴设备对该土样进行了0.3～2.5 MPa的等向固结试验。试验结果表明：一维固结试验获得的各级压力固结曲线均有明显的次固结阶段,重塑黏土的次固结系数随竖向压力增大而非线性变化;具体而言,当固结压力小于2 MPa,次固结系数随竖向压力增大而显著减小,当固结压力大于2 MPa后,次固结系数则几乎不变;等向固结试验获得的次固结系数则远小于一维固结试验获得的相应值,其随固结压力的变化规律也与一维固结不同。此外,从微观角度对试验结果进行的分析表明,高压下黏土次固结变形的物理机制不同于低压。即低压下黏土次固结变形的主因是颗粒间的相对滑移,而高压下则是结合水膜的蠕变;而且低压下偏应力对次固结变形有控制性影响,但高压下其影响很小。     

海相结构软土的次固结研究

现有次固结计算方法没有考虑土结构性的影响,但自然沉积土大都具有结构性。海相软土一维次固结试验研究表明,对于结构性土,次固结不仅在超固结状态时与荷载有关,且在土体结构破坏的过程中也与荷载有关。当固结压力小于先期固结压力时,次固结系数随压力增长较快;当固结压力大于先期固结压力且小于结构完全屈服压力时,次固结系数随固结压力增长缓慢;当固结压力大于结构完全屈服压力时,次固结系数不随固结压力变化。次固结系数变化与否的荷载分界点不是先期固结压力,而是结构完全屈服压力。对于海相结构软土,其次固结系数变化在超固结、结构破坏、正常固结3个阶段随荷载变化的规律不同。最后,提出了考虑土结构性的一维次压缩计算方法。     

基于沉降速率比法计算淤泥质黏土沉降的修正方法

基于太沙基固结理论和淤泥质黏土的沉降规律,综合考虑瞬时沉降、主-次固结沉降各阶段的影响,提出了一种基于沉降速率比法计算淤泥质黏土沉降的修正方法。该方法仅需要对前期沉降速率进行最小二乘法分析,求得固结系数,从而可对淤泥质黏土沉降全过程进行预测。工程实例表明,该方法预测沉降量与实测值吻合很好,可为同类工程提供参考。     

有明黏土各向异性固结特性的试验研究

由于大多数黏土矿物是片状的,在沉积和随后的固结过程中黏土颗粒和组构单元趋向水平定向排列,使天然沉积黏土呈现各向异性的固结特性。通过垂直切和水平切试样的恒应变速率固结试验研究了日本有明黏土的各向异性固结特性。试验结果表明,水平切试样的先期固结压力pch与垂直切试样的先期固结压力pcv的比值在0.5～1.0之间,主要是因为天然沉积黏土各向异性的屈服轨迹以及垂直切和水平切试样所经历的应力路径不同;在正常固结阶段,水平切试样的固结系数ch与垂直切试样的固结系数cv之比约为1.43,水平切试样的渗透系数kh与垂直切试样的渗透系数kv之比约为1.40,水平切试样的体积压缩系数mh与垂直切试样的体积压缩系数mv基本相等。因此,有明黏土固结系数的各向异性主要是因为渗透系数的各向异性,而渗透系数的各向异性本质上是因为其微观结构的各向异性。     

基于GDS的黏土非线性渗透特性试验研究

基于黏土渗透性与孔隙比的非线性关系,讨论和总结了4种渗透模型,即 渗透模型、 渗透模型、 渗透模型和 渗透模型。来用GDS高级固结仪,对萧山黏土8个试样进行了一维固结渗透联合试验,使用直接法整理固结压力作用下渗透系数等试验结果,分析了对应于4种非线性渗透模型的土性参数。试验与分析结果表明,萧山黏土渗透性随固结压力增加呈现非线性减少,在50～1 600 kPa压力作用下其的渗透系数从8 ? 10-8 cm•s-1减少为8×10-9 cm•s-1;4种非线性渗透模型对萧山黏土都是适用的。     

上海软土的流变特性试验研究

本文利用无侧向变形的单向压缩试验仪,对原状和重塑上海软土进行了压缩试验和流变试验,研究了不同压力和超固结比对次固结系数的影响以及压缩特性和次固结变形特性的关系。试验结果表明,原状上海软土的次固结系数随着压力而变化,而重塑上海软土的次固结系数随压力变化不大。上述研究得到的结论及相关参数可为工程实践、上海软土流变模型的建立提供参考数据。     

吹填场区软黏土地基的次固结特性研究

针对天津中心渔港吹填场区软黏土地基进行了一系列的固结压缩试验,获得应力、应变与时间的关系,对比分析了吹填土层和天然沉积土层的固结和次固结特性,为吹填场区软黏土地基变形模型建立及长期工后沉降预测提供理论依据。研究表明,吹填土和天然沉积土的应变速率与时间双对数曲线具有很好的线性相关性;处理后吹填土含水率和压缩性较低,天然沉积土含水率和压缩性高;随荷载P增大,吹填土的次固结系数Ca?变化不大,天然沉积土的次固结系数Ca先增大后减小,最终趋于稳定;次固结系数Ca与压缩指数Cc具有良好的线性相关性,其随时间的增加均呈对数下降趋势。     

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。     

Consolidation of sensitive clay with vertical drain

The coefficient of consolidation is one of the most important parameters that control the rate of consolidation. Conventional consolidation theories assume that the coefficient of consolidation is constant during the whole consolidation process. In the case of sensitive clay, the coefficient of consolidation is strongly dependent on the level of effective stress of clay. With the dissipation of pore water pressure and the increase of effective stress, the soil structure of the upper subsoil is gradually destroyed downwards and its coefficient of consolidation becomes smaller. At the same time, the coefficient of permeability of the vertical drains drops down because of the kinking or bending effect. The destructured upper subsoil and the kinking of the vertical drain hinder the dissipation of the pore pressure in the lower subsoil. This paper presents a model to describe the above important phenomena during the consolidation of sensitive clay with vertical drain. The solution for proposed model can be obtained by extending the closed‐form solution of the consolidation of double‐layered ground with vertical drain by the interactive method introducing the concept of the moving boundary and the reduction of discharge capacity of vertical drain. The numerical results obtained from the finite element method package PLAXIS (Ver. 7.2) are adopted to compare those obtained from the present algorithm. Moreover, the rationality of the moving boundary is explained by the distributions of the excess pore water pressure in natural soil zone along the radial direction. Wenzhou airport project is taken as a case study in this paper. The results for the sensitive soil with decaying sand drain agree very well with the in situ measured data. The calculated results can properly explain two general phenomena observed in the consolidation of soft sensitive soil ground with vertical drains: one is that the time to achieve the same consolidation degree is much longer under heavy loading than that under light loading; the other is that the consolidation speed is much slower in the lower subsoil than in the upper subsoil. Finally, it is indicated that the vertical drains can decrease the hindrance effect of the destructured subsoil. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。