复合加筋排水褥垫加固路基有限元计算

复合加筋排水褥垫是针对沿海缺砂地区开发的,具有水平排水与加筋作用的一项新型专利技术,可取代软基加固中的排水砂垫层。采用二维平面应变Biot固结有限元模型对复合加筋排水褥垫软土路堤进行了数值模拟,结果表明复合加筋排水褥垫可以满足水平排水要求,另外与传统的水平排水砂垫层相比,该技术可降低地基附加正应力和超孔隙水压力,有效抑制路基侧向变形的发展,减小路基沉降与不均匀沉降,提高路基稳定性,加筋效果显著。     

考虑Hansbo渗流的二维Biot固结有限元分析

为进一步深入研究弹性饱和黏性土地基的二维固结机制,引入Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西渗流,修正Biot二维固结方程。基于加权残数法,给出相应的有限元数值求解格式。通过和饱和黏性土一维非达西渗流固结理论有限体积法数值结果的对比,证明数值计算方法的有效性。在此基础上,探讨Hansbo渗流参数对二维地基固结进程的影响。计算结果表明,在固结初期,Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应,增大孔压的峰值,并延长孔隙水压力达到峰值的时间;在固结中后期,整个土层存在孔隙水压力滞后现象。同时,Hansbo渗流将阻碍地基沉降的发展。而且,上述影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显。     

弹性波在流体与饱和孔隙固体界面上的反射

针对流体与孔隙介质边界可能出现闭孔边界的情况,研究了从理想流体入射到黏滞流体饱和孔隙介质的弹性波反射问题,计算考察了采用顾及喷射流动动力学机制的BISQ模型下介质参数对反射系数的影响,并与开孔边界的情况和采用Biot模型的结果进行了对比。结果表明边界状况对采用BISQ模型的反射系数影响更明显。     

地下水开采与地面沉降控制三维全耦合模型研究

针对第四纪松散沉积层中地下水开采所引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,考虑到土体的非线性特征及土体的渗透性随应力状态的动态变化,引入邓肯-张非线性模型和渗透率动态模型,将地下水渗流场和土体应力场耦合起来,并以吴江市浅层地下水开采为例,建立了浅层地下水开采与地面沉降三维全耦合数值模型。在对模型进行校正、识别的基础上,以微承压含水层未来10 a内地下水位埋深不低于含水层顶板、地面沉降量不超过50 mm为约束条件,预测了吴江市各镇的地下水可采资源量合计为1 203.59×10⁴m³/a。     

Low-order stabilized finite element for the full Biot formulation in soil mechanics at finite strain

This article presents a novel finite element formulation for the Biot equation using low-order elements. Additionally, an extra degree of freedom is introduced to treat the volumetric locking steaming from the effective response of the medium; its balance equation is also stabilized. The accuracy of the proposed formulation is demonstrated by means of numerical analyses.     

真空-堆载预压处理高速公路软基的有限元计算

根据高速公路路基的变形特点，提出了真空-堆载联合预压法处理软基的三维Biot固结有限元计算模型，将砂井按照实际尺寸划分单元，避免了平面计算方法中的砂井处理的问题，较以往的平面数值方法更接近实际情况。结合修正剑桥模型，对某真空-堆载联合预压试验段进行了计算、分析，结果令人满意。     

裂缝诱导双相HTI介质模型及其弹性波传播方程

将Biot双相介质理论与Gurevich裂缝各向异性理论相结合,建立了能够同时考虑实际裂缝性储层孔隙性和各向异性的裂缝诱导双相HTI介质模型。从本构方程、动力学方程和动力学达西定律出发,推导出了裂缝诱导双相HTI介质中弹性波传播的一阶速度-应力方程,并针对方程的刚性问题,给出了利用显式二阶时间积分法数值求解该方程时所需要满足的稳定性条件。该方程能够定量地给出双相HTI介质的波场特征与裂缝参数、背景孔隙介质参数之间的关系,描述弹性波在这种介质中的传播机理。     

Lateral dynamic response of a partially embedded pile subjected to combined loads in saturated soil

In this article, an analytical solution is proposed to investigate the lateral dynamic response of a pile which is partially embedded in saturated soil layer and subjected to combined lateral and vertical loads. The saturated soil is described by Biot’s poroelastic theory and the resistance of soil is derived by potential function method. The governing equation of the pile is solved by coupling soil resistance and continuity conditions between the pile and the soil. The dynamic impedances of the pile are then obtained through transfer matrix method. To verify the validity of the proposed procedure, the present solution is compared with available solution for an idealized case. Finally, a parametric study is performed to investigate the effects of various parameters on the stiffness and damping properties of the pile-soil system. It is found that permeability of the soil and vertical load has significant effects on the dynamic response of the pile.     

空沟对列车运行引起的地基振动隔振效果研究

为研究空沟对高速列车引起地基振动的隔振效果,在已有研究基础上改进出一种新的解析研究模型。模型中首次运用了饱和半空间模型来研究地基上隔振沟对高速列车的隔振效果;隔振沟则通过在饱和半空间土体上设置3个合适宽度、截面为矩形的弹性层来模拟;中间矩形弹性层为路堤,路堤上方放置了枕木与轨道。枕木与轨道分别通过纵向异性Kirchhoff薄板与Euler梁来模拟,饱和土地基采用Biot多孔饱和介质理论来描述。控制方程通过傅立叶变换与傅立叶级数展开,在变换域中进行求解。研究表明,随着列车运行速度的提高,空沟的隔振效果明显提高;饱和土体固-液相的耦合作用对隔振沟的隔振效果的影响明显,尤其当列车运行速度超过土体表面Rayleigh波速时,随着土体渗透系数的增加,空沟隔振效果显著降低。此外,列车运行速度超过土体表面波速时,饱和土地基上空沟的隔振效果明显优于相应单相弹性地基上空沟的隔振效果。     

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。