成层多孔粘弹性地基在轴对称荷载作用下的解

给出一种有效的解析方法求解成层多孔粘弹性地基在轴对称荷载作用下的固结问题，通过关于时间t的拉普拉斯变换和关于半径r的亨克尔变换，将控制偏微分方程转化为常微分方程，从而得到用常微分短阵方程形式表示的控制方程，基于矩阵常微分方程的解以及拉普拉斯，亨克尔逆变换，可得到该固结问题的解，该方法理论及计算简捷，通过算例比较了该方法的精度，并研究了地基的粘弹性特性对固结过程的影响。     

多层地基非轴对称Biot固结的理论解

提出了一种新方法来推导多层地基非轴对称Biot固结问题的传递矩阵,相应的理论推导工作量较少。基于柱坐标系下非轴对称Biot固结的基本方程,通过引入中间变量,并对坐标 进行Fourier级数展开,对时间 和坐标 进行Laplace-Hankel变换,得到了6×6阶和2×2阶的两组常微分方程;然后,两组常微分方程进行关于 的Laplace变换和逆变换,得到了单层地基非轴对称Biot固结问题的传递矩阵;结合边界条件和连续条件,运用传递矩阵法得到多层地基非轴对称Biot固结问题在Laplace-Hankel变换域内的解,通过Laplace-Hankel逆变换得到了该问题物理域的真实解答。编制了计算程序,并进行了数值计算与分析。该方法具有计算速度较快的特点,方便工程应用。     

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。     

列车荷载下青藏铁路冻土路基动力响应分析

根据带相变瞬态温度场的热量平衡控制微分方程, 采用有限元方法计算分析了青藏铁路路基的瞬态温度场. 随后, 根据温度场的分布特点, 应用Biot动力固结理论推导出的Biot动力固结控制方程, 采用热、力间接耦合方法对青藏铁路路基在列车荷载作用下的瞬态动力问题进行了数值模拟, 并系统的分析了列车荷载作用下铁路路基内的振动孔隙水压力、应力、位移等动力响应特点.     

成层地基轴对称问题的基本解

基于各向同性弹性体基本方程的转换及Hankel变换，得到了轴对称荷载作用下，无限弹性层轴向不同深度经Hankel变换的位移应力向量间的传递矩阵，运用该传递矩阵可求解成层的、层间完全接触情形和各向同性空间轴对称问题。     

强夯地基在道面荷载下的固结沉降特征

某机场场道地基经强夯处理试验后,在道面荷载下对地基的地下水位、孔隙水压力、浅层沉降、分层沉降等进行了将近2.5年的长期监测。针对监测结果进行分析,研究强夯加固后地基的沉降固结特征,对比采用不同强夯加固方案各小区沉降的差异。结论认为,从减小沉降量考虑,较低夯击能的处理效果优于较高夯击能。     

强夯地基在道面荷载下的固结沉降特征

某机场场道地基经强夯处理试验后,在道面载下对地基的地下水位,孔隙水压力,浅层沉降,分层沉降等进行了将近２．５年长期监测。针对监测结果进行分析,研究强夯加固后地基的沉降固结特征,对比采用不同强夯加固方案各小区沉降的差异。     

条形荷载下高饱和土地基的固结与沉降

以Biot（1941）提出的理想土体的三维固结理论为基础,在水流连续条件中增加了考虑孔隙流体本身的压缩变形,并将这一因素以高饱和度土体的饱和度的变化为表征,写入文中建立的平面应变下的Biot二维固结方程。通过实施Laplace变换和Fourier正余弦变换获得基本方程组,求解得到初始函数表达式;再利用数值反变换得到任意时刻、任意一点的数值解,并侧重分析了高饱和土饱和度的变化对孔隙流体的压缩性能的影响,以及由此而产生的固结全过程的变化,表明了考虑孔隙流体的压缩对分析高饱和度土体的固结行为的意义。该解可以进一步推广到其它类型荷载作用在土体不同位置,以及不同边界条件下多层地基的二维固结分析。     

竖向简谐荷载下二维层状饱和地基的解析层元解

基于Biot固结理论,运用解析层元方法求解竖向简谐荷载作用下二维层状饱和地基的动力响应问题。从直角坐标平面应变问题控制方程出发,通过Fourier-Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到单层饱和地基的解析层元。结合层间连续条件和边界条件,组装得到多层饱和地基的总刚度矩阵方程,进而求得变换域内的解。借助Fourier-Laplace逆变换的数值积分方法,获得平面应变动力问题在物理域内的解,编制了相应的计算程序,其计算结果与已有文献结果吻合较好。通过算例分析了荷载圆频率、荷载作用深度及地基成层性对地基竖向位移的影响。计算结果表明：随荷载圆频率的增大,地基竖向位移先增加后减小;地基竖向位移在荷载作用点处呈现波峰,且受表层土性的影响较大。     

成层竖向排水井地基固结分析

实际工程中竖井地基具有成层性,有时竖井也并未完全打穿软土层。在竖井打设区满足竖井等应变固结理论、下卧层满足一维太沙基固结理论假设的基础上,将现有竖井地基固结理论推广到成层未打穿竖井地基情况。利用边界条件和竖直向连续条件,确定该系统的正交关系,并给出了其固结解答,该解具有广泛的适用性。通过对竖井打设区和下卧层层数的变化,即可获得现有关于简单未打穿竖井地基的固结解答。将该解答编制成应用程序,对一算例进行了分析。结果表明,平均固结度按孔压定义和按变形定义是不相同的,硬表层的存在会加快其下土层的固结。     

随机波浪作用下海床动力响应及液化的理论分析

运用随机波浪理论,基于广义Biot动力固结理论,建立了能够考虑波浪荷载随机特性影响的计算海床动力响应及液化深度的解析数值模型,并从时域上进行求解分析.通过与传统线性规则波浪荷载作用下海床动力响应及液化深度的数值结果的对比分析,详细讨论了考虑波浪荷载的随机特性对于求解海床动力响应及液化深度的影响程度.结果表明,根据随机波浪理论计算得到的海床中的超孔隙水压力、水平有效应力、竖向有效应力、剪应力表现出较强的不规则性,其幅值沿着海床深度方向的变化趋势与根据线性规则波浪理论计算得到结果的变化趋势基本相同,但在同数量级上更大,同时计算得到的海床最大液化深度明显大于根据线性规则波浪理论计算得到的结果.因此,在海洋地基设计和自由场地安全评估时应该合理地考虑波浪荷载的随机特性.     

饱和软粘土在冲击荷载下的动力特性研究

通过对淤泥质饱和软粘土施加冲击荷载进行室内动力固结试验,研究了软粘土在冲击荷载作用下的应力、孔隙水压力、轴向变形等动态响应特征,并通过三轴剪切试验结果,分析冲击荷载对淤泥质饱和软粘土的加固效应。试验结论对于动力固结理论的完善和现场施工具有指导意义。     

考虑非Darcy渗流时循环荷载下饱和黏土一维固结分析

考虑到土体处于超固结状态下的压缩性一般要比正常固结状态下的低,引入描述非Darcy渗流的Hansbo方程,修正了Terzaghi饱和黏土一维固结方程,并将其推广到低频循环荷载作用的情况。采用有限体积法对该方程进行了求解,并讨论了非Darcy渗流参数、循环荷载周期以及超固结状态下土体压缩性对固结进程的影响。计算结果表明,在矩形波载作用下,按孔压定义和按变形定义的固结度都随时间增长而震荡增加,且按孔压定义的固结度的震荡幅度明显大于按变形定义的固结度。另外,非Darcy渗流减缓了地基的沉降速率,且循环荷载周期越短,或超固结状态下压缩性越高,地基的沉降速率就越慢。     

水平简谐荷载作用下层状饱和土体动力响应

根据Biot波动理论,采用传递、反射矩阵（TRM）方法研究了水平简谐荷载作用下层状饱和土动力响应问题。由Helmholtz矢量分解求出基本解,再利用TRM法推导了层状饱和土动力响应,并由数值Hankel逆变换得到层状土地基位移、应力及孔压在空间域内的解。利用计算结果与已有结果相比较,二者相吻合,验证了算法的正确性。算例分析表明,水平简谐荷载作用在有软弱夹层的层状土体中比均质土中具有更显著的动力响应,尤其是软夹层上下有硬土层时,会引起软弱夹层土体孔隙水压升高、位移幅值增大、土体波动性增强;而荷载作用硬夹层及夹层上下有软土层时,情况则相反。     

Frequency-dependent dynamic behavior of a poroviscoelastic soil layer under cyclic loading

In this study, a linear poroviscoelastic model based on the Biot theory is proposed to analyze the dynamic response of partially saturated soil. Both the flow-dependent and flow-independent poroviscoelastic behaviors are described in the proposed model. The compressibilities of both the constituents, including the skeleton material and porefluid, are considered, and the effective skeleton stress is determined using the linear viscoelasticity law based on the generalized spring-dashpot model. The soil surface is subjected to two types of harmonic loading, namely, vertical compressive loading and lateral shear loading. The influences of the relaxation time, saturation degree, and soil permeability on the surface and interior dynamic responses of the soil layer are investigated. It is revealed that the amplification factor, effective stress, and pore pressure decrease as the viscous damping increases, indicating that neglecting the viscoelastic property of solid skeleton could overestimate the induced dynamic responses. Furthermore, in comparison with the viscous damping of the solid skeleton, the viscous coupling involving the viscous resisting forces between the solid skeleton and pore fluid has limited effect on the dynamic behavior of the soil layer.     

横观各向同性饱和土体振动分析

基于饱和地基多孔介质理论,考虑了水土的惯性及耦合作用,研究了横观各向同性饱和地基的稳态振动问题。利用Hankel变换,得到饱和土的位移、应力、孔压的积分形式的解,由此利用数值Hankel逆变换给出了数值算例,最后讨论了横观各向同性饱和地基各向异性对地表竖向振幅的影响。     

横观各向同性饱和地基竖向振动的衰减特性

基于提出的横观各向同性饱和多孔介质Biot波动方程的一般解,研究了饱和半空间地基在竖向点源简谐激振荷载作用下地表振动的衰减特征,分析了激振频率以及横观各向同性饱和土介质的各向异性参数和孔隙渗透系数对地表振动特征的影响。计算结果表明,低频和高频激振时,地表位移衰减特性存在明显差异;在饱和土的各向异性参数中,纵向和水平方向动态渗透系数比值和刚度系数比值对地表位移衰减影响最大,这也说明采用各向同性饱和介质的动力学模型不能准确地描述具有明显各向异性特性的饱和土地基的动力特性。     

饱和土中任意形状衬砌对稳态压缩波的散射

采用不同的复平面间的保角映射法,对无限饱和土中任意形状的多孔衬砌结构对弹性压缩波的散射问题进行了研究。首先,通过引入位移势函数将饱和土和衬砌两种介质的Biot波动方程解耦成6个Helmholtz方程,并求出复平面极坐标下相应势函数的通解;之后,利用两个复平面间的极角变换关系,得到位移、应力和孔压在映像平面上势函数表达式。在此基础上,将原像平面中任意形状的衬砌内外边界处的边界条件代入到映像平面中圆环势函数的关系式中,从而求出饱和土中衬砌介质在弹性稳态体波作用下产生的动态响应。最后通过具体算例,变换不同的入射角及介质参数得出相应数值解及规律。     

含饱和土的层状场地的动力响应

利用精确的土层和半空间动力刚度矩阵求解了含饱和土的层状场地的动力响应,给出了含饱和土层状场地的自由场（入射P波、SV波）、动力Green函数及刚性条形基础动力刚度的计算方法,由此建立的场地模型更接近实际情况。建议方法的退化结果与单相场地结果一致。研究了界面不同透水条件对基础动力刚度的影响,并与相应单相场地结果进行了对比。研究表明：界面透水条件对竖向弹簧系数影响最大,饱和土体中孔隙水对场地动力响应具有不可忽视的影响。