基于大变形的冲填土自重固结分析及离心模型试验

基于大变形理论和离心模型试验对上海临港新城地区冲填土自重固结沉降进行分析研究。研究结果表明:大变形理论计算和离心模型试验所得冲填土自重固结沉降量及最终固结时间基本一致,但在未完成固结之前,对于相同的固结度,理论计算的固结时间均明显大于试验所得时间;冲填土的自重固结过程包括快速和缓慢固结2个阶段,快速固结阶段大约需要1 a时间;在快速固结开始阶段,沉降很快,0.5 a的固结度可达50%,快速固结阶段的沉降量占最终沉降的80%,而缓慢固结阶段的沉降量只占最终沉降量的20%。通过对试验数据回归分析,得出冲填土的自重固结沉降与时间的关系式,利用该式可对冲填土地区沉降变形进行预测。

吹填淤泥自重固结性质试验研究

大变形自重固结理论可广泛应用于堆场设计和堆场吹填淤泥处理等方面,但对于沉积柱试验中淤泥的自重固结性质,尤其是非线性压缩关系和非线性渗透关系,并没有进行详细深入地研究。利用研制的沉积固结试验方法研究了太湖和白马湖吹填淤泥的自重固结性质。该方法由沉积柱、孔隙水压力测试装置和分层真空取样装置组成,利用该方法可得到淤泥自重固结过程中泥水界面、超静孔隙水压力、密度、有效应力、颗粒分布、压缩关系和渗透关系等参数的变化规律。压缩关系试验结果表明:两种淤泥压缩关系是非线性的。在较低的有效应力时随有效应力的增大孔隙比迅速减小,在较高的有效应力时随有效应力的增大孔隙比减小趋势趋缓。存在一个有效应力的分界点,低于此点不同时间时有效应力与孔隙比的关系较为分散,此时淤泥的压缩性很大,高于此点不同时间时有效应力与孔隙比的关系可认为是唯一的。两种淤泥渗透关系是非线性的。淤泥的非线性压缩关系和渗透关系可采用幂函数关系。

吹填淤泥自重固结方程的有限差分解

考虑吹填淤泥落淤阶段以自重固结为主,以及自重固结过程中渗透系数及有效应力与体积分数之间的非线性关系,在合理假定条件下,推导了一维自重固结方程.采用Crank-Nicolson型差分格式对方程进行离散,编制了差分数值解程序SFCCP,对落淤后自重固结过程中吹填淤泥孔隙比的变化进行了数值模拟,结果与现场测试结果较为吻合,验证了分析方法的合理性与差分数值解程序的正确性,同时为软基处理前落淤后吹填淤泥的土性参数提供了一种预测方法.

饱和土体自重固结问题的相似解

采用了比以往更为普遍的土体物理力学性质假设,利用Hopf_Cole变换方法求得了厚层土体在自重应力作用下的非线性固结问题的完整解析解答.通过试验数据,将该解答与传统的大应变线性固结理论解答和基于实验数据的有限元数值解答相比较,结果表明,该解答能够更好地描述土体的实际固结过程,而由线性化固结理论所得的解答对固结过程中的沉降量和固结度的估计偏小.

上海冲填土自重固结沉降离心模型试验

为了了解冲填土在自重作用下的变形规律,以上海临港新城地区冲填土为材料,采用离心模型试验,模拟冲填土10a的自重固结沉降过程,用Orgin软件对试验数据进行回归分析。冲填土的自重固结沉降与时间的关系符合Hill模型,利用Hill模型可对冲填土地区沉降变形进行预测。试验结果表明:冲填土的自重固结过程包括快速固结和缓慢固结2个阶段,快速固结阶段所需时间大约1a,缓慢固结阶段时间较长;在快速固结开始阶段,沉降很快,固结时间为0.5a的固结度可达50%,快速固结阶段的沉降量占最终沉降量的80%,而缓慢固结阶段的沉降量只占最终沉降量的20%。

饱和软土大应变自重固结非线性分析

饱和软土的自重固结涉及许多复杂的非线性问题,而现有分析方法一般基于线性假设,将固结控制方程简化,在沉降变形较大的情况下并不合理。基于Gibson大变形固结方程,推导在单面排水和双面排水条件下的边界条件,综合考虑饱和软土的自重特性与非线性压缩、渗透关系,采用稳定性较好的Crank-Nicolson型差分格式离散并求解非线性控制方程,并从孔隙比、沉降、孔隙水流速3个方面将数值解与CS2固结数值模型进行对比验证。结合工程实例,研究土层不同初始厚度和初始孔隙比对自重固结的影响。结果表明:初始厚度与初始孔隙比较大土层最终沉降也较大。与传统方法相比,该方法所得出的数值解精度较高,实现了高度非线性固结方程的快速求解,其成果更能广泛运用于实际工程的分析之中。

饱和软土大变形非线性自重固结模型

基于分段线性方法,建立了饱和软土一维自重固结模型(简称SWC模型)。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证,证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程,包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后,以现场试验为基础,采用SWC模型对饱和软土自重固结的4个主要影响因素(即土体初始高度、边界排水条件、初始孔隙比和土粒相对密度)进行了参数分析。结果表明,上述4个参数对软土自重固结过程均具有重要影响:土体初始高度越高,则自重固结沉降量和最终平均应变值越大;边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响,但不影响自重固结的最终沉降量;初始孔隙比越大,则自重固结沉降量越大,其完成自重固结所需时间越短;土粒相对密度越大,则土体的最终沉降量越大,完成自重固结所需时间越短。

吹填淤泥自重固结性状研究

结合围海造陆软基处理工程项目,基于以界限孔隙比作为吹填淤泥落淤过程沉积与自重固结的分界点、考虑落淤后发生以自重固结为主的变形,推导吹填淤泥一维自重固结方程并编制有限差分法求解程序,进行初始压缩性、初始渗透性及初始体积分数对吹填淤泥自重固结性状的影响分析,结果表明:初始压缩性和初始渗透性的增加,明显加快颗粒体自重有效应力、体积分数的增长及孔隙比的减小,加速表面沉降及沉降速率的发展;吹填淤泥自身强度的增长、压密程度、孔隙特征和表面沉降对初始体积分数的变化极其敏感,初始体积分数的增加会减缓颗粒体自重有效应力、体积分数和孔隙比的变化,初始体积分数的减小会加速表面沉降与沉降速率的发展。

土体自重固结压缩对地面沉降影响研究

以南通市为例,建立了土体自重固结压缩、地下水开采与地面沉降三维全耦合模型。在对模型进行识别、验证的基础上,模拟预测了南通市在地下水停止开采,仅在土体自重固结压缩影响下,自2010年12月31日—2025年12月31日各含水层组地下水流场变化和地面沉降的发展趋势。结果表明,在此期间,南通市由土体自重固结压缩引起的最大地面沉降量为2.42 mm,最大地面沉降速率为0.16 mm/a,土体自重固结压缩对南通市地面沉降的影响极为有限。

工程泥浆自重固结及低位真空加载过程的大型模型试验研究

针对杭州某工地产生的高含水率工程泥浆,以大型地基与边坡工程模型试验装置为实验平台,对工程泥浆的自重固结及低位真空加载过程展开了大型模型试验研究,探讨了该过程中泥面的沉降规律和孔压的发展规律,以及低位真空加载后工程泥浆含水率的大小。结果表明:经过自重固结及低位真空加载两阶段处理,工程泥浆的平均沉降量达314cm,平均含水率从255.6%降低至115.9%,平均孔隙比从6.72降低至3.04,体积减量达47.6%,这表明低位真空加载处理工程泥浆具有一定的工程可行性;在泥浆的低位真空加载过程中,真空压力从土工布以下的砂垫层传递至泥浆层时出现"孔压突降"的情况;低位真空加载方式可较好的加固底部泥浆,后续应重点关注上部泥浆的脱水处理。

沉积泥沙自重固结系数测试方法研究

Terzaghi理论中的固结系数为定值,应用于沉积泥沙大变形固结计算时存在较大误差,而沉积泥沙固结系数的试验测定仍存在一定困难。沉降柱试验能完整的模拟低浓度泥沙的沉积固结过程,准确获取泥沙沉降过程曲线和沉积层体积分数分布曲线。在此基础上,基于不同阶段泥沙沉降过程控制方程,通过作图方法得到沉降控制方程的拟合参数,得到了随固结过程连续变化的沉积泥沙自重固结系数。根据固结过程中的沉积泥沙渗透系数和体积压缩系数变化规律,同样得到四种不同的固结系数求解方法,并讨论了各影响因素对沉积泥沙自重固结系数的影响趋势。

污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移的耦合分析

基于一维固结方程和对流-弥散方程,提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法,其中,自重固结方程由解析解直接求解,污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面,新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系;在污染物迁移方面,新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比,验证了新方法的正确性。基于所提出的解,分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明:固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响;固结效应能显著地加速污染物的流出;土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大;土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大;污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。

淤泥自重固结过程研究综述

淤泥的自重固结过程关系到港口、航道及水库等工程的冲刷和淤积治理,且该过程受到泥水混合物的初始浓度、盐度、黏粒含量、水中阳离子类型、微生物等因素的影响,十分复杂。对前人研究成果进行了归纳,对自重固结试验方法,自重固结开始的标志和影响固结过程的因子及其影响尺度和范围进行了比较系统的分析总结,并提出了今后研究淤泥自重固结过程需要进一步解决的问题。

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。

自重固结下的吹填场地桩基负摩阻力解析解

针对由于受吹填土高压缩、低渗透等不良特性的影响,吹填场地的桩基础受力具有明显特异性,致使桩周土体对桩产生负摩阻力的问题,采用双层地基一维固结模型计算吹填土及下卧土层的固结变形,采用双折线函数模拟桩土间相互作用.在此基础上,建立桩土荷载传递模型,并得到中性点位置及不同打桩时间下轴力、桩侧摩阻力随深度及时间变化的解析解.将解析解计算结果与工程实测数据进行对比,中性点、摩阻力及轴力等的分析结果表明该解析解在实际工程中的应用是可行的.最后基于该解析解分析了各影响因素对桩侧摩阻力、轴力及中性点位置的影响,并与JGJ 94—2008《建筑基桩技术规范》计算的中性点位置和下拉荷载对比,表明JGJ 94—2008计算方法未考虑桩顶荷载及打桩前桩周土体固结的影响,过高地估算了桩基负摩阻力的影响.

采场非胶尾砂充填料浆自重固结过程数值模拟

非胶充填可减少水泥用量以降低充填成本,但细尾砂非胶料浆在采场中难脱水固结、长期处于流态的问题影响充填安全。本研究提出一种基于FLAC3D软件的非胶料浆固结过程模拟方法,利用Gibson固结理论解析的孔隙水压力,对比验证了该数值方法模拟非胶料浆固结过程的可靠性,得出模型网格尺寸对料浆孔隙水压力模拟结果影响显著,应将自重固结方向网格尺寸设定为充填料浆高度1/100以内的结论。应用该方法示例模拟了某金矿采场充填料浆固结过程,与现场监测的孔隙水压力和竖向总应力对比,校验了该法模拟实际采场充填料浆固结过程的有效性,可为采场非胶尾砂充填料浆自重固结研究提供参考。

填土自重固结度及其利用研究——以深圳某工程为例

填土的自重固结度对其利用意义重大,但对深厚填土自重固结度评价一直是个难点,本文以深圳某工程为例,利用固结系数计算、压实指标判定、重型动力触探(N63.5)、先期固结压力等多种手段,对深厚填土自重固结度进行综合判定。

自重固结与土层的固结状态初探

介绍了沉积厚度与时间平方根和沉积厚度与时间呈直线关系、底面不排水时沉积过程中固结的Gibson理论解答以及不考虑沉积时固结作用、底面不排水时沉积后自重固结的Terzaghi理论解答,据此分析了上述两种沉积模式不同沉积速率时目前仍处于沉积过程的土层的固结状态,求算出了停止沉积后土层固结所需的最长时间,指出业已停止沉积数百年以上的土层一般不应处于欠固结状态。

PHD疏浚淤泥堆场大应变非线性固结分析

已有的工程实践和室内模型试验均表明铺设水平排水板(PrefabricatedHorizontal Drains,PHDs)可有效加快疏浚淤泥的固结。但目前自重作用下能全面反映疏浚淤泥特性的PHD处理疏浚淤泥堆场的大应变固结理论尚缺乏系统性研究。针对底层铺设PHD的疏浚淤泥堆场具有平面渗流、竖向应变的特点,基于Gibson大应变固结理论,考虑疏浚淤泥的非线性压缩和渗透特性,建立PHD处理的疏浚淤泥堆场大应变非线性固结模型,并应用有限差分法获得该模型的解答。通过与疏浚淤泥自重作用下未设置PHD的大应变固结模型解答开展对比分析,验证了PHD处理疏浚淤泥堆场大应变非线性固结模型及其解答的可靠性。在此基础上,分析了不同影响因素对疏浚淤泥堆场大应变固结的影响。分析发现:铺设率达到一定值后就可达到与底部完全透水边界相同的固结速率,且该值随堆放高度的增加而曲线减小;堆放高度分别为1,5 m时,PHD最佳铺设率分别约为50%,27%;堆放高度对PHD处理堆场的固结速率影响较大,可通过增设PHD层数以加快堆场的固结速率;淤泥压缩指数一定时,固结速率随渗透指数的增大而增大;渗透指数保持不变时,固结速率随压缩指数的增大而减小。

考虑自重影响的饱和土体一维复杂非线性固结研究

根据宁波软土室内压缩试验数据,得到渗透系数及有效应力与孔隙比的非线性关系.考虑土体自重影响,采用以孔隙比为控制变量的一维大变形固结方程,应用偏微分有限元软件FLEXPDE,研究了不同压缩指数与渗透指数比值下土体有效应力和超静孔压在固结过程中沿深度的分布规律.试验结果和数值分析表明:考虑土体复杂非线性相对于假定固结系数及其他参数在固结过程中保持不变,计算结果更符合实际.在压缩指数与渗透指数比值不等于1的情况下,两种方法计算结果差别明显.为了真实反映土体固结过程中有效应力和超静孔压的分布,应考虑土体渗透性及压缩性的非线性变化.