半正弦循环荷载作用下的一维非线性固结

针对高速公路、机场、铁路等设施上的交通荷载易引发路基土的固结沉降问题,将交通荷载视为半正弦循环荷载,分析该类荷载作用下土体的固结过程以及荷载间歇期、荷载频率、初始超静孔隙水压力等参量对固结过程的影响。通过修正Davis假定,使一维非线性固结控制方程适用于模拟具有非零初始超静孔隙水压力条件的饱和土固结过程,采用分离变量法推导半正弦循环荷载作用下一维非线性固结方程通解,并给出初始超静孔隙水压力为常数、正三角形分布和倒三角形分布3种典型初始条件下的解析解。模拟了不同的荷载间歇期、荷载频率和初始超静孔隙水压力条件下均质饱和黏土的固结过程。结果表明:固结过程中超静孔隙水压力峰值随时间增大而减小,有效应力和平均固结度峰值随时间增大而增大;初始条件的差异对固结过程的早期具有明显的影响,当初始超静孔隙水压力为0时,有效应力和平均固结度峰值均最大,其他情况下从大到小依次为倒三角形分布、正三角形分布、矩形分布;间歇期或荷载频率的差异对整个固结过程均存在影响,随着间歇期的增大,达到稳定时的平均固结峰值减小,固结过程延缓,随着荷载频率的减小,平均固结度峰值增大,固结过程加快。