考虑起始比降的饱和土体一维复杂非线性固结研究

在固相物质坐标下推导出了考虑起始比降的饱和土体一维大应变固结控制方程。从新方程可以看出,要综合考虑土体固结过程中的渗流非线性,要同时考虑起始比降和渗透系数随孔隙比的变化。采用Mesri提出的两个经验关系式进一步推导出了新的控制方程。借助偏微分有限元软件FlexPDE对3个算例进行了分析。分析结果表明,土体固结开始阶段超静孔压先略微增大,然后减小,类似于Mandel-Cryer效应。起始比降越大,土层越深,该现象越显著。虽然超静孔压最大值随起始比降的增大而增大,但增量很小。如此微小的增量在室内试验和实际工程中是很难观察到的。因此在绝大多数实际工程中,不必考虑起始比降,经典的达西定律是适用的。该研究说明了考虑起始比降、几何非线性以及材料非线性对研究Mandel-Cryer效应的重要性,更深入地认识了饱和软土的固结性状。

初始孔压非均布考虑起始比降的一维固结解

研究了考虑起始比降的一维固结问题,获得了初始孔压非均布条件下考虑起始比降的一维固结解答,并与已有文献解答进行了对比,讨论了考虑起始比降后土体的一维固结特性。计算分析表明,当初始孔压降小于起始比降时,渗流并不会在整个土层中瞬间发生,而是逐渐向下发展的,起始比降越大,渗流边界移动速度越慢;固结结束时,土体中的孔隙水压力并不会完全消散,且起始比降越大,残余孔隙水压力越大。与不考虑起始比降不同,均质地基平均固结度按沉降定义和按孔压定义是不同的,随着起始比降的增大,按沉降定义的固结度随之增大,而按孔压定义的固结度则随之减小。

特殊条件下考虑起始比降的一维固结解析解

针对考虑起始比降的一维固结问题,假定初始孔压降不小于起始比降,分析了考虑起始比降后土体的一维固结特性.采用分离变量法,获得了该条件下考虑起始比降的一维固结精确解并对其进行分析.结果表明:由于起始比降的存在,固结结束时,土中的孔隙水压力不会完全消散,考虑起始比降后,均质地基平均固结度按沉降定义和按平均孔压定义是不同的.起始比降越大,按孔压定义的地基平均固结度越小,当初始孔压呈梯形分布时,按沉降定义的地基平均固结度越大;当初始孔压呈正三角形分布时,按沉降定义的地基平均固结度并不会随着起始比降变化.初始孔压降越小,无论是按沉降定义还是按孔压定义,平均固结度都越大.

抽水引起的有起始比降饱和土固结解析解

研究在有起始比降的弱透水层下大面积抽水而引起的一维固结问题,采用分离变量法,获得该工况下的一维固结解析解。讨论土中渗流移动边界的运动规律,得渗流发展到达土层顶部的时间因子与起始比降的关系曲线,分析考虑起始比降后土体的一维固结和沉降特性。研究结果表明:当起始比降大于一定值时,渗流不会发展到达土层顶部,此时,弱透水层由于抽水引起的固结最终压缩量将减小,且起始比降越大,最终压缩量越小;当固结结束时,土体中孔隙水压力沿深度分布曲线为折线;而当渗流能够发展到达土层顶部时,最终压缩量为一定值,与起始比降无关,土体中的孔隙水压力沿深度分布曲线为直线。

考虑渗流起始比降的三维固结方程及数值模拟研究

将非达西定律引入到饱和土的Biot三维固结方程,建立了考虑起始比降的三维固结方程,同时采用空间8节点等参单元,得到了考虑起始比降的三维固结的数值方程式,并在此基础上构建了有限元渗流模型,根据数值计算结果得出考虑起始比降的三维固结方程,该方程可以很好地反映起始比降对孔隙水压力消散以及平均固结度的影响,与文献[8]的试验结果相吻合.

考虑起始比降和井阻作用的竖井地基固结近似解

在传统竖井地基固结理论的基础上,考虑起始比降对土体内渗流的影响,建立新的固结计算模型,并推导既可考虑起始比降也能考虑井阻作用的竖井地基中渗流移动边界与时间的关系表达式及孔压和固结度的近似解析表达式。通过对比计算,分析起始比降对竖井地基固结性状的影响及竖井地基的孔压分布情况。研究结果表明:在存在起始比降的竖井地基中,渗流是沿径向和竖向发展,深度越大,孔压消散越慢,而在一定深度以下的土体将不会发生渗流和固结。因为起始比降的影响,土体中孔压不会完全消散,存在残余孔压;按孔压定义的固结度一直小于100%。最终固结度除与荷载有关,还与起始比降有关。

特殊条件下考虑起始比降的双层地基一维固结解析解

假定初始孔压降不小于起始比降,获得了这一条件下考虑起始比降双层地基的一维固结解析解。计算结果表明当固结完成时,由于起始比降的存在,土中的孔隙水压力并不会完全消散,仍存在残余孔隙水压力,其数值与双层地基起始比降的大小有关,且上层土的起始比降对孔压消散速率、最终孔压的大小影响较下层土大;考虑起始比降,地基平均固结度按沉降定义和按孔压定义并不相同,按沉降定义的地基平均固结度要大于不考虑起始比降时的地基平均固结度,而按孔压定义的地基平均固结度要小于不考虑起始比降时的地基平均固结度,且其最终值小于1。

考虑起始比降和涂抹作用的竖井地基固结解

对某些低渗透性饱和粘土而言,存在一起始水力坡降i0(即起始比降),只有当土中某点的水力坡降大于i0时,该点才会发生渗流。该文在传统竖井地基固结理论的基础上,建立了能考虑起始比降影响的新固结计算模型,并推导了能同时考虑起始比降和涂抹作用的竖井地基中渗流移动边界与时间的关系表达式及孔压和固结度的解析表达式。最后,通过对比计算,分析了起始比降、荷载及渗透系数等参数对竖井地基渗流移动边界及固结性状的影响。分析表明:考虑起始比降i0的影响,竖井地基土体中超静孔压不会完全消散,存在残余孔压;竖井地基按孔压定义的最终固结度不会到达100%,其大小与荷载q和起始比降i0有关,而与s和kh/ks无关。

结合水动力学原理在旬阳水电站安康城区及周边浸没研究中的应用

旬阳水电站库尾安康城区及周边地区系汉江左岸河流阶地和高、低漫滩,具有典型的二元结构特征,其中高漫滩表部普遍分布有较厚的人工填土。本文在浸没研究中应用结合水动力学原理以及粘性土的渗流特征,确定测压水位和粘土层含水带水位关系,针对不同建筑物的基础类型、埋深、填土层厚度、郊区农作物类型等,确定不同的浸没临界深度。并通过7个不同正常蓄水位工况的地下水壅高计算和粘土层内的含水带埋深计算,分析和研究浸没程度和范围,最终确定合理的正常蓄水位,为完成本工程水库移民安置工作提供了可靠的地质依据。