砂井地基固结的三维有限元模型及应用

一维和二维的数值方法对刻画砂井地基的固结都不够准确和全面,但砂井密集地基的完全三维耦合模拟难度比较大。在对称性原理和Biot固结理论基础上,对三维渗流-二维变形的有限单元方法（PDSS法）进行了改进,给出了砂井地基经济合理的三维剖分方案,使PDSS模型能够直接刻画正三角形布局的砂井。砂井重新布置到节点上而非处理成单元,原模型计算中砂井附近径向流的偏离也得到修正。改进的PDSS模型还与反求参数的方法相结合,用于真空联合堆载预压下砂井路基固结变形的工程模拟。     

软土地基上垃圾填埋场的固结和沉降分析

卫生填埋是城市废弃物处理的主要方式。垃圾填埋场多选址于山间沟谷或地基强度较高的地区。然而在平原、尤其滨海地区,垃圾填埋场往往只能建在强度较低的软土上。此时地基土的固结沉降和稳定问题将直接影响垃圾填埋场安全运行。但在这方面的实践经验和科研工作都做得不够。一方面要保证垃圾降解的有毒有害液体不能渗入地基内,污染地下水;另一方面,软弱地基又需要尽快固结,以提高地基承载力和地基土的强度。这给地基设计和地基处理提出了新的课题。本文结合某垃圾填埋场进行研究,分析填埋场地基的固结和沉降特性,为软基上垃圾填埋场建设提供参考。     

软土地基电渗固结理论分析与数值模拟

电渗固结是加速软土固结、提高地基承载力的有效技术。传统的电渗固结理论假设土体的物理力学、水力学和电学特性均匀稳定,其理论解答与试验结果差别较大。针对电渗固结处理过程,对土体位移场、渗流场和电场的耦合特征进行了理论分析,根据电荷守恒原理、水流连续原理和Biot固结理论,建立了电渗固结过程的多场耦合控制方程;考虑土体相关特性参数的非线性关系,开发了有限元软件用于分析电渗过程中电场强度、土体位移以及超静孔隙水压力的变化特征。计算结果与理论数据吻合较好,能够反映土体相关特性参数非线性关系对结果的影响。软件能够为电渗固结系统设计提供参考依据。     

双层黏弹性地基一维固结分析

软土具有黏滞性,对其固结和变形会产生一定程度的影响。采用现有基于广义Voigt流变模型的单层黏弹性地基一维固结问题求解方法,获得各土层的孔压通解表达式。根据两层土体接触面处孔压和流量连续条件及边界条件,给出了系统的正交关系,进而确定通解中待定系数。广义Voigt模型反映了土体应力应变关系在不同时期的特征,因此该解有广泛的适用性。采用岩土工程中应用较广的Merchant流变模型对一工程算例进行了分析。分析结果表明,土体的黏滞性降低了土体的固结速度,且深度越深,影响幅度越大。     

堆载预压下软土地基固结研究

对塑料排水板堆载预压法作用下的软土地基,采用竖向平均固结度计算公式对分级加载的软土地基的不同时刻的固结度进行推算和预测,并利用实测数据对其检验对比,分析地基土的固结程度,预测地基土达到稳定要求的时间。     

某软土深基坑工程时间效应有限元分析

软土地区的深基坑因土体的固结作用和流变性而具有了时间效应。本文以Biot固结有限元法为基础,用三元件模型中的第一个线性弹簧模拟固结作用,弹性模量考虑了开挖应力路径和应力历史的影响;另外一部分(KELVIN模型)来模拟土体的流变性,以实际变形的反演来得到两个参数的大致取值,再对基坑的变形情况以及进一步开挖进行分析。假定为正常固结饱和粘土,平面应变问题。通过对某饱和软粘土地基深基坑开挖工程实例的分析,得到的挡墙水平位移曲线与实测曲线很吻合,表明程序较好地反映出基坑的时间效应。     

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。     

碎石桩复合地基处理软土固结计算及应用

推导了等应变条件下桩阻作用时的碎石桩复合地基固结方程,并与现场沉降观测数据换算出碎石桩复合地基在路堤施工过程中的固结度对比,二者吻合较好,证明了公式的正确性。沉降观测数据还表明：使用碎石桩处理软土地基能加快地基的固结速率。     

真空预压作用下软土地基固结的分形研究

随着真空预压法在软土地基处理中的逐步应用，其软土固结的机理一直是探讨的课题，分形理论的产生为软土这一非线性系统研究提供了新的思路。针对真空预压作用下软土地基固结中存在的问题以及土体研究中的一些分形现象，用分形理论对其研究前景等进行了探讨，从宏观和微观两方面论证了真空预压作用下软土地基固结的分形研究是可行的。     

地基固结沉降随机有限元计算和可靠度分析

基于比奥（Biot）固结理论，采用邓肯-张本构模型，考虑随机场的影响，首次给出了地基固结沉降随机有限元分析方法，并基于随机有限元对点固结沉降和差异固结沉降的可靠度进行了分析。     

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。     

珠江三角洲饱和软粘土的固结特性试验研究

通过数十组原状饱和软粘土的室内一维固结试验,探讨了珠江三角洲饱和软粘土的固结特性和反映蠕变压缩的 固结特性问题,得出了一些有益的结论。     

考虑K0固结的软土基坑工程三维非线性有限元分析

为考虑基坑工程的空间效应,土体分别采用K0固结和正常固结试样固结不排水(CU)试验得到的Duncan-Chang非线性弹性模型和Mohr-Coulomb理想弹塑性模型,运用ABAQUS软件按照三维实体单元、壳单元、梁单元考虑接触相互作用的耦合有限元法,建立了福州市一典型软土基坑工程整体三维有限元分析模型,对基坑施工的各工况下整个体系的响应进行了数值模拟"目标试验",并与实测结果和二维数值模拟结果进行了比较,结果表明,采用K0固结试样CU试验参数的Duncan-Chang模型对该基坑进行的三维非线性数值模拟分析方法是较为可靠的,较之Mohr-Coulomb理想弹塑性模型和二维有限元分析,其结果的优势是明显的,是值得推崇和具有较好应用价值的方法。     

软土结构性对次固结系数的影响

天然沉积的软土普遍具有结构性,常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地区原状软土与重塑土进行次固结试验,研究软土结构性对次固结系数 的影响。结果表明,软土的 随压力 增大而增大,在 接近结构屈服压力 时达到最大值,此后逐渐减小,受 影响减弱,最后与重塑土的 趋于一致;重塑土的 受压力影响很小,可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 确定 可能存在一定误差。由于结构性的影响,正常固结软土表现出“假超固结”现象,采用超固结角度对结构性软土 变化规律进行说明并不合适,而根据不同压力下软土结构破损的情况可以很好解释这一现象。     

Finite element analysis of consolidation of layered clay soils using an elastic visco-plastic model

This paper presents a general one-dimensional (1-D) finite element (FE) procedure for a highly non-linear 1-D elastic visco-plastic (1-D EVP) model proposed by Yin and Graham for consolidation analysis of layered clay soils. In formulating the 1-D FE procedure, a trapezoidal formula is used to avoid the unsymmetry of the stiffness matrix for a Newton (modified Newton) iteration scheme. Unlike many other 1-D FE approaches in which the initial in situ stresses (or stress/strain states) are considered indirectly or even not considered, the initial in situ stress/strain states are taken into account directly in this paper. The proposed FE procedure is used for analysis of 1-D consolidation of a clay with published test results in the literature. The FE modelling results are in good agreement with the measured results. The FE model and procedure is then used to analyse the consolidation of a multi-layered clay soils with a parametric study on the effects of the variations of creep parameters in Yin and Graham's 1-D EVP model. It is found that the creep parameters ψ/V and t₀ have significant influence on the compression and porewater pressure dissipation. For some boundary conditions, changes of parameters in one layer will have some effects on the consolidation behaviour of another layer due to the different consolidation rates. Finally, the importance of initial stress/strain states is illustrated and discussed. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

柔性基础复合地基力学性状的有限元分析

通过有限元分析方法,考虑复合地基中各种材料的非线性特性,对柔性基础下复合地基的力学性状作了初步的数值模拟分析,找出了柔性基础复合地基桩土间的荷载分担、荷载沿深度变化和传递、桩土间相互作用、变形特性等力学性状的一些基本规律。     

考虑温度耦合效应的竖井地基固结有限元分析

针对塑料排水板(PVD)安装热源能提升PVD性能、加速竖井地基固结这一工程现象,基于热-水-应力 (T-H-M) 三场全耦合的有限元方法来模拟利用热源进行地基处理新技术(PVTD)。首先,以微分形式与等效弱形式分别给出T-H-M耦合控制方程,并推导出其有限元方程组。然后在多场耦合有限元软件中建立饱和土的T-H-M全耦合模型,并通过与已有解析解比较,验证了模型正确性。最后,对一个经典有涂抹区的竖井地基算例,分不耦合温度(UT)、耦合温度但不考虑其对饱和土物性影响(CT)、耦合温度考虑温度对饱和土渗透性影响(CTP) 3种情况进行固结计算分析。研究结果表明,相对于无热源竖井地基,CT情况下由于热源产生的附加孔隙水压力,固结速度略有下降;CTP情况下,由于热源有效改善涂抹区的渗透性能,竖井地基固结速率明显加快。上述研究结论从理论上较好地阐明了PVTD的作用机制。     

软土地基沉降的二维非线性粘弹性反演与预测

基于Merchant粘弹性模型和简化双曲线模型，建立软土地基沉降的二维非线性粘弹性Biot固结有限元计算公式；根据最小二乘法建立目标函数，采用Simplex直接优化算法反演确定参数；为反演能获得在物理意义上合理且数学上唯一的参数，提出从简单模型到复杂模型的分步反演分析方法。实例分析表明，该方法是可行的。