考虑双对数模型下非达西渗流的软土一维大应变固结分析

鉴于目前半对数模型难以较好地描述大应变软土的非线性压缩和渗透关系的现状,引入适用于软土大应变的双对数压缩渗透模型,建立了考虑非达西渗流的饱和软土地基一维大应变固结方程,并给出了有限差分数值解,通过与室内试验和解析解对比,验证了解答的可靠性。在此基础上,分析了渗流参数、双对数压缩和渗流非线性关系参数和外荷载对固结性状的影响。结果表明:压缩指数I_(c)一定时,渗透参数越大,土层固结越慢;渗透参数一定时,压缩指数I_(c)越大,土层固结越慢;外荷载q_(u)越大,土层的沉降量就越大,超静孔隙水压力消散越快,土层的固结速率也越快;最后,对大、小应变固结理论下差分解对比分析,发现土体发生较大应变时,小应变固结理论将不再适用,此时应采用大应变固结理论开展计算。

高含水率疏浚泥轴对称大应变固结模型

高含水率疏浚泥在外加荷载作用下通常产生大应变固结变形,不适用于传统的Barron轴对称小应变固结理论。为此,基于Gibson一维大应变固结理论和Hansbo径向固结理论,摒弃小应变假定,考虑高含水率疏浚泥的材料和几何非线性、径竖向渗流等因素,建立了等应变条件下以孔隙比为变量的轴对称大应变固结模型ALSC,Gibson、Hansbo、Kjellman等建立的固结方程是该模型的特例。基于有限差分法,编制了计算程序,进行了ALSC模型与小应变模型的数值模拟,验证了ALSC的有效性。研究结果表明:土体变形较小时,ALSC模型与Barron模型计算的固结度和超静孔压数值基本吻合;土体变形较大时,ALSC模型与"Barron+Terzaghi"理论计算的最终沉降量和固结速率取决于土体的固结参数;当C_c/C_k=1时,ALSC模型的最终沉降量小于"Barron+Terzaghi"理论,但二者固结速率相当;当压缩系数av保持不变,ALSC模型(C_k=1)与"Barron+Terzaghi"相比,最终沉降量大,固结速率慢。

考虑流变效应的软黏土地基大应变固结研究

软黏土压缩性高,在固结过程中变形较大时需要考虑大应变的影响。同时,软黏土具有明显的流变效应,对地基的长期沉降有着重要影响。为此,基于通用有限元软件ABAQUS平台编制土体流变模型UMAT子程序,进行软黏土地基大应变流变固结分析。比较大应变与小应变固结过程中超静孔压消散与沉降发展的差别,并分析模型参数对计算结果的影响。采用半对数经验公式考虑渗透系数随孔隙比的变化,分析渗透指数对固结过程的影响。研究结果表明:大应变固结最终沉降比小应变小,超静孔压消散比小应变快;土体固结对模型中Hooke体弹性模量的变化比Kelvin体弹性模量变化敏感;随着渗透指数的增大,土体固结速率增大。

大应变固结理论的分区变分原理及其广义变分原理

土体材料本构特性的差异问题与大变形问题是分析岩土材料变形特性的基本问题· 根据有限变形的描述方法构筑土体结构大变形固结方程,证明了大变形固结的变分原理· 应用分区子结构的连续条件。

负压条件下高含水率疏浚泥轴对称大应变固结模型

基于Gibson一维大应变固结理论和Hansbo径向固结理论,摒弃小应变假定,引入负压边界条件,建立了等应变条件下以孔隙比为变量的负压轴对称大应变固结(NALSC)模型.NALSC模型同时考虑了高含水率疏浚泥的材料和几何非线性、径竖向渗流、负压沿深度衰减等因素,其他学者建立的固结方程是NALSC模型的特例.基于线性化的材料参数,对固结度变化时程进行了数值模拟,结果表明,在不同的渗流条件和真空度衰减方式下,NALSC模型与现有模型的固结度计算值基本吻合;土层厚度与砂井有效加固直径比值不小于10时,土体主要发生径向固结,竖向固结可以忽略;NALSC模型的计算精度较高,适用于高含水率疏浚泥的大应变固结性状分析.

土体自重对宁波软土非线性大应变固结的影响

采用3种不同的自重考虑方法,对宁波软土的固结性状进行研究.基于Gibson大应变固结方程,考虑软土的压缩非线性和渗流非线性,推导3种方法的控制方程.基于宁波软土的试验结果,采用有限元法求解控制方程.计算结果表明,准确考虑土体自重和简化考虑土体自重的计算结果比较接近,而忽略土体自重的算法低估了超静孔压的消散速率.在固结中期,土体自重对超静孔压消散的影响非常明显,外荷载或土层厚度越大,该影响越显著.在大应变固结分析中,大多数情况下可以简化考虑土体自重,但不能完全忽视土体自重的影响.

考虑起始水力坡降的结构性软土大应变固结分析

天然软粘土的结构特性对土体压缩渗透特性具有明显影响,同时软粘土中渗流在低水力坡降下存在着起始水力坡降的现象。但同时考虑天然软粘土结构特性和起始水力坡降影响的软粘土大应变固结理论鲜有报道。考虑起始水力坡降和天然软粘土的结构特性的影响,以超静孔压为变量建立拉格朗日坐标中的大变形固结模型并对其数值求解。基于该数值解分析起始水力坡降和结构性对固结性状的影响,结果表明:考虑起始水力坡降后土的固结速率滞后,且滞后现象随着起始水力坡降的增大而愈发明显。相同起始水力坡降值下结构性软土在大应变下的固结速率快于其小应变下的固结速率,且大、小应变固结性状的差异会随土体应变值的增大而增大。

疏浚泥一维大应变固结的一种预测方法

为合理反映高含水率疏浚泥的一维大应变固结性状,基于Xie固结方程简化解析解,提出了考虑压缩参数分段线性变化的一种大应变固结预测方法。通过室内大尺寸沉降柱模型试验,分析了高含水率疏浚泥在自重应力和低外加荷载状态下的大应变固结特性,探讨了Xie计算方法的适用性,并明确了理论结果与室内实测值的差别。研究结果表明:高含水率疏浚泥在低外加荷载作用下,应变量超过20%,运用一维大应变固结理论分析其固结性状更为准确;合理的选择固结参数是预测疏浚泥沉降的关键所在,保持体积压缩系数为常量的沉降计算值与实测值差别较大,考虑压缩参数分段线性变化的固结预测结果与实测值较为吻合,提出的预测方法可以应用到堆场吹填和围海造陆工程中。

考虑变荷载和变边界的软土大应变非线性固结分析

为了准确预测实际土层的固结速率,在Gibson大应变固结理论基础之上,考虑土体的非线性压缩渗透特性和土层表面随时间改变的变排水边界条件,建立考虑变荷载和变边界的软土大应变非线性固结模型。在此基础上,获得单级加载和多级加载条件下大应变非线性固结模型的显式解析解,利用获得的解析解开展计算以分析界面参数、荷载取值对土层固结性状的影响。结果表明:外荷载对土体内部超静孔压消散的影响表现为随着荷载的增大,超静孔压消散得越快,但其不会影响土体最终完成固结的时间;参数I_(c)(α-2)取值对土体固结性状的影响表现为固结速率随着参数I_(c)(α-2)取值的变化而变化。值得注意的是,描述土体非线性特性的参数取值对固结性状的影响在变边界下显现的固结性状会出现延迟现象,不同参数下的变边界更能反映土体边界的真实透水性情况,在实际工程中可以根据超静孔压实际的消散速率反演界面参数,以便能准确预估土层的固结进程。

考虑非达西渗流的天然结构性软土大应变非线性固结

天然软黏土的结构特性、大应变特性及低水力坡降下软黏土中的非达西渗流已渐被熟知。但同时考虑天然软黏土结构特性和非达西渗流的软黏土大应变固结理论仍鲜有报道。考虑非达西渗流和天然软黏土的结构特性对固结性状的影响,在拉格朗日坐标系中建立变荷载下软土一维大应变固结模型,并获得其有限差分数值解。在此基础上,与非达西定律下不考虑结构特性影响的软黏土大应变固结解对比,分析验证本文解的可靠性。最后,着重分析了非达西渗流、天然软土结构特性及外荷载对软黏土大、小应变固结性状影响的特征。结果表明:非达西渗流下土的固结速率相对于达西渗流延后,且非达西渗流参数越大固结速率延缓越明显,但其对土层最终沉降值无影响。相同非达西渗流参数下大应变固结速率快于小应变固结速率,但非达西渗流参数并不影响大、小应变固结速率的差异。当外荷载小于天然软黏土结构屈服应力时,土层在荷载作用下应变值较小,大、小应变固结速率的差异可忽略;随着外荷载的增加或结构屈服压力的减小,土层应变值逐渐增大,大、小应变固结速率的差异越明显。

欠固结竖井地基的大应变固结分析

基于分段线性法,对真空-堆载联合预压下竖井地基大变形非线性固结(VRCS1)模型进行简单拓展,使其能用于欠固结竖井地基的大应变固结分析.通过工程案例和数值法对比,验证了拓展方法的正确性,并通过竖井地基自重固结与加载固结的对比,表明两种类型荷载产生不同的固结过程,忽略竖井地基的欠固结会导致固结分析误差.使用VRCS1拓展模型对影响欠固结竖井地基固结的土颗粒相对密度、土体初始高度和初始孔隙比进行分析,结果表明:欠固结土的土颗粒相对密度越大,最终沉降越大,但等应力条件使整体固结沉降速率越慢;欠固结土体初始高度越大,最终沉降越大,但整体固结度发展速率越慢;土体初始孔隙比越大,最终沉降越大,固结速率也越快.

海相沉积结构性软土一维大应变固结分析（英文）

目的:天然沉积的结构性软土分布广泛,但能考虑结构性影响的大应变固结理论鲜有报道。本文考虑结构屈服压力随初始有效应力的变化及土体结构性对压缩与渗透特性的影响,建立结构性软土的大应变固结模型。研究结构性及初始有效应力对大应变固结性状的影响,并探讨结构性软土大、小应变固结性状的差异,以提高软土固结计算的精准度。创新点:1.建立考虑天然沉积软土结构性影响的一维大应变固结模型,且该模型能考虑结构屈服压力随初始有效应力的变化;2.分析天然结构性软土大、小应变固结性状的差异,为实际工程中的软土固结计算提供理论依据。方法:1.总结结构性软土对压缩和渗透特性的影响及结构屈服压力与初始有效应力间的关系;2.通过理论推导,构建考虑结构性影响的软体一维大应变固结模型(公式(15)和(16));3.通过对模型进行数值求解,分析软土结构性对大应变固结性状的影响,以及考虑结构性影响的大、小应变固结性状的差异。结论:1.大应变假定下结构性软土中超静孔压的消散速率要比小应变假定下快,且这种差异随着土层应变增大而增大;当应变值超过15%时必须采用大应变假定。2.如果土层的初始有效应力计算方法相同,则大、小应变不同假定下土层的最终沉降值是相同的。3.相同几何假定下,初始有效应力计算方法对超静孔压消散速率几乎无影响,但对沉降变形影响明显。4.大、小应变假定下固结性状间的差异随结构屈服压力的增大而减小。

考虑非达西渗流和变荷载影响的软土大变形固结分析

软土中的非达西渗流和大变形特性已为人们所认识,但能考虑土中非达西渗流的软土大变形固结理论还鲜有报道。考虑实际中的变荷载,基于土中的非达西渗流现象在拉格朗日坐标系中建立以超静孔隙水压力为变量的软土一维大变形固结模型。利用有限差分法对所建立的模型进行数值求解,并与特定条件下的解析解对比,以验证数值解的可靠性。最后着重分析非达西渗流模型参数对软土大变形固结性状的影响及大、小应变不同几何假定下非达西渗流固结性状的异同。结果表明非达西渗流模型的参数m及i1值越大,地基的固结速率就越慢;如果小应变固结理论中自重应力的计算也考虑沉积作用,此时尽管软土在大变形几何假定下的固结速率要比小变形假定下快,但大、小应变固结理论计算的地基最终沉降值相等;基于此,鉴于大变形固结理论的复杂性,此种情况下应用小变形代替大变形几何假定所引起的计算误差是可接受的。