非饱和地基上多层矩形板稳态响应解析研究

采用积分变换法和消元法求得了非饱和地基受任意竖向简谐荷载作用下的稳态响应积分变换解。同时对四边自由多层矩形薄板提出了带有补充项的双重余弦级数通解,并与地表竖向位移的级数展开式相结合,建立了地基和矩形板的协调方程,再联合矩形板的控制方程和边界条件,构成了非饱和地基上四边自由多层矩形薄板稳态振动的解析方程组。选取非饱和土体参数和矩形板参数,利用该方程组,求解了竖向稳态荷载作用下该地基板的接触压力幅值、板挠度幅值以及板弯矩幅值,分析了非饱和地基参数对矩形板稳态响应的影响规律。

成层非饱和地基上矩形基础稳态响应解析研究

采用积分变换法求解非饱和土的控制方程,得到变换域内土体的位移和应力表达式;建立了单层非饱和土体的刚度矩阵,并组装每一层的刚度矩阵,构成了层状地基的总体刚度矩阵;结合地基上下表面的边界条件,推导了层状非饱和地基表面位移的积分形式解答。另外,选取带有补充项的双重余弦级数解作为矩形基础的振型函数,并令其与地表位移按余弦级数展开的表达式相等,建立了矩形基础与地基的协调条件。最后,联立矩形基础的控制方程、边界条件和基础与地基之间的协调条件,求解得到矩形基础的挠度幅值、弯矩幅值以及基底压力幅值。选取已有文献中的非饱和土参数计算,其结果与文献吻合良好,验证了本文方法的正确性。本文进一步研究了单层地基和双层地基上矩形板的动力响应,分析了土体参数对矩形基础动力响应幅值的影响规律。结果表明:地基层厚与基础尺寸之比为5时,地基就可以看作半空间地基;矩形基础的稳态响应随非饱和土的饱和度的增大而减小;渗透率对矩形基础动力响应的影响不明显。

非饱和黄土地基的变形特性

Ｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄｌｏｅｓｓｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ作者简介张炜，１９６２年生，１９８３年毕业于合肥工业大学，获岩土工程硕士学位，教授级高级工程师。主要从事黄土工程性质研究及岩土工程勘察、...

矩形移动荷载作用下饱和-非饱和土双层地基的动力响应分析

考虑地基为饱和-非饱和土双层半空间,利用连续介质力学和多相孔隙介质理论,构建双层地基的统一动力控制方程并进行耦合求解。利用Dirac-delta函数和Heaviside阶跃函数将矩形移动荷载作用描述为时间和空间坐标的解析函数,将荷载函数代入地基动力控制方程,采用三重Fourier变换以及降阶法进行求解,并对推导结果进行退化验证及对饱和-非饱和土双层地基的动力响应进行分析。研究表明,当荷载移动速度小于瑞利波速时,竖向振动峰值很小,振幅随速度的增大发生小幅增涨,但当荷载速度达到瑞利波速时,竖向振动发生激增;随着速度进一步增大,竖向位移多次出现峰点。非饱和土的饱和度及土层厚度也对地基振幅存在显著影响。

非饱和黏性地基土的土-水特征曲线试验及模拟

内地港口地基土在地下径流和降雨入渗作用下,多为非饱和土,其土-水特性影响港口地基稳定性。以安徽淮北港非饱和黏性地基土为研究对象,开展不同初始含水率、初始干密度、竖向应力以及干湿循环次数下的土-水特征曲线(SWCC)试验。研究发现:初始干密度和竖向应力对非饱和黏性地基土SWCC的影响相似,对进气值、初气值、脱湿速率、吸湿速率和残余饱和度影响较大;初始含水率对土体脱湿、吸湿速率影响较小,随着初始含水率的提升,进气值、吸气值、残余饱和度递增;随着干湿循环作用的增强,进气值和出气值的衰减逐渐削弱。结合地基土土-水特性,修正几种常用的SWCC模型,模拟不同工况下的SWCC,通过评分的方式得到适用于淮北港非饱和黏性地基土的推荐模型。研究成果可为不同工况下非饱和黏性地基土的土-水特性及港口地基稳定性研究提供参考。

土体饱和度对移动荷载引起多层非饱和铁路地基振动的影响

采用半解析法研究了移动荷载作用下多层非饱和铁路地基的共振问题,分析了土体饱和度对非饱和地基振动的影响。采用分层非饱和多孔介质描述铁路地基;基于非饱和多孔介质的控制方程,采用多重傅里叶变换和土层界面位移、应力条件,推导了频率-波速域分层非饱和地基总体刚度矩阵。结合包括钢轨、轨垫、轨枕和道砟的轨道模型,建立耦合轨道-地基半解析模型。研究了移动简谐荷载作用在轨道上的多层非饱和地基的动力响应;考虑饱和度对土体剪切模量的影响,讨论了地基首层土和夹层土饱和度变化对地面振动的影响。采用频散曲线研究了地基共振模态。研究发现土体饱和度变化对振动位移的影响规律,与地基分层、荷载速度和频率有关。随饱和度减小,地基共振模态出现频率增大,地基关键速度增大。

非饱和全空间埋置隧道动力响应半解析模型

将非饱和地基土视为由固、液、气组成的三相介质,圆形隧道衬砌简化为无限长的Flügge薄壁圆柱壳,分别采用Helmholtz矢量分解定理以及分离变量法求解非饱和地基土的波动方程和Flugge薄壁圆柱壳的振动控制方程。结合位移和应力连续性等边界条件,建立移动简谐荷载下非饱和地基土中埋置隧道动力响应的半解析模型。基于该模型,探讨了非饱和地基土-隧道系统的动力响应特征及饱和度对系统动力响应的影响。结果表明,饱和度对土体的动位移、动应力、超孔隙水压力及土体临界速度等影响较大,计算时应考虑饱和度的影响。

后峰型降雨条件下地基瞬态极限承载力解析解

为快速获得后峰型降雨入渗过程非饱和地基承载性能演化规律,在Richards非饱和渗流控制方程中引入Gardner渗透系数函数和土-水特征曲线模型,推导了后峰型降雨入渗过程地基瞬态基质吸力解析解,并利用有限元模拟结果对解析解进行验证;基于瞬态基质吸力解析解,推导了考虑基质吸力影响的后峰型降雨过程地基瞬态极限承载力解析解,建立了非饱和地基极限承载力和起始雨强、雨强变化系数以及降雨历时之间的映射关系;基于地基瞬态极限承载力解析解,研究了后峰型降雨入渗过程地基承载性能演化特性,分析了起始雨强和雨强变化系数变化对地基承载性能的影响。结果表明:遭遇后峰型降雨入渗时,地基极限承载力随降雨历时增加而逐渐降低,降低速率呈现先慢后快的非线性特点,不同于遭遇均匀型降雨时地基极限承载力近线性减小的特点;雨强变化系数一定时,起始雨强越大,地基承载性能降低越快;起始雨强一定时,雨强变化系数越大,地基承载性能降低越快。