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Flex PDE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U_p和按变形定义的平均固结度U_s均呈现循环变化特征,且U_p>U_s;当循环周次较大时,U_p进行稳定循环状态,由于流变效应,U_s峰值仍呈逐渐增大趋势;随着Hansob渗流参数m和1I的逐渐增大,地基固结速率逐渐降低,同一循环周次内U_p、U_s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U_p的峰值逐渐降低,U_s的峰值显著提高;随着b的逐渐增大,同一循环周次内U_p、U_s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。

基于分数阶流变模型的饱和软土一维流变固结

在太沙基一维固结理论的基础上,引入分数阶导数Merchant流变模型来描述土体的变形特性,通过对微分型流变方程和一维固结方程进行Laplace变换,推导得到了Laplace变换域内饱和软黏土的一维流变固结方程,采用FlexPDE软件对方程进行求解,并通过Durbin反Laplace变换获得了平均固结度的时域解答。在此基础上,研究了分数阶导数流变模型的微积分阶数和流变模型参数对饱和软土一维流变固结特性的影响规律。计算结果表明:基于整数阶和基于分数阶导数流变模型的流变固结理论在固结前期基本相同,但在固结后期两者差异显著,基于分数阶导数流变模型的软黏土Up要高于整数阶的情况,而Us的规律则截然相反。此外,微分阶数β对两种定义的平均固结度均有较大影响,β越大,Up越小而Us就越大,软黏土的流变效应越显著。随着流变模型参数F的逐渐增大,同一时刻软黏土的Up逐渐减小,而Us则逐渐增大;随着参数β1的逐渐增大,同一时刻软黏土的Up和Us均随之减小。

连续排水边界条件下土体一维流变固结解析解

基于四元件流变模型,通过引入连续排水边界条件研究了单级加载下的土体一维流变固结问题。利用分离变量法和Laplace变换技术得到瞬时荷载下的解析解,进而通过积分的方法得到单级加载下的解析解。随后对排水边界和流变模型进行了退化,得到Terzaghi边界下及三元件流变模型下的一维流变固结解答,通过与现有解答对比初步验证了该文解答的正确性。最后,对不同界面参数、流变参数以及加载速率对土体固结特性的影响进行了分析。结果表明:基于连续排水边界得到的固结解答与基于Terzaghi双面排水得到的固结解答的差异主要在固结前期,且两者的差异随界面参数α、β取值变大而减小。流变固结与线弹性固结差异主要在固结后期,流变固结需要更长时间土体才能完全固结。此外,土体固结速率随加载速率增大而增大。