Gibson大变形固结理论的一种连续介质力学表述

为了克服Gibson大变形固结理论的一维局限性,提出了一个新的连续介质力学模型,其中,采用第2类Piola-Kirchhoff应力和Green应变分别替代Lagrange应力和孔隙比。该模型可以考虑土体压缩性和渗透性的非线性变化以及几何非线性,并具有易于推广到多维模型的优势。结合试验资料,探讨了新模型的固结系数和对流系数的变化规律,结果表明,对流系数随着应变增加而减小,反映了大变形固结过程中土体自重效应在不断减弱。

对经典小变形固结理论固结系数的辨析

针对经典固结理论中固结系数的两种不同定义,探讨了其根源和潜在影响。对体元体积变化率的计算方法不同是导致产生两种小变形固结系数的主要原因。根据有限变形理论分析,Terzaghi(1943)和Terzaghi&Frhlich(1936)提出的小变形固结系数分别具有拉格朗日坐标和欧拉坐标的背景,均不同于Terzaghi(1923)最早得到的形式。在Gibson大变形理论研究中涉及的小变形固结系数是按Terzaghi&Frhlich定义的,在此前提下所得的大、小变形法结果差异的定量结果可能具有一定局限性。从应用角度看,两种固结系数之间的差别与荷载大小和土体的结构性等因素有关。

弹塑性大变形Biot固结理论的参变量变分原理

根据大变形弹塑性理论Lagrangian描述的UL方法,利用参变量变分原理的思想推导建立了弹塑性大变形Biot固结理论的数值模拟计算方法。该方法的优点在于,将弹塑性分析问题转化为屈服条件下的约束求弹塑性势能泛函的极值问题,增量计算中不需要迭代,而且便于进行非关联流动与应变软化计算。

饱和土体一维大变形固结理论研究

基于连续介质力学中关于大变形的理论，结合土力学的基本原理，建立了一个以位移为变量的一维大变形固结方程，在此基础上分析了太沙基关于固结的思想，进一步研究了大变形时饱和软粘土的固结性状，给出了大变形固结理论与常规小变形固结理论在描述方法、本构关系、固结系数定义等的不同，发展了一维大变形固结的计算方法。

太沙基一维固结理论在软土路基沉降变形初期阶段的开拓应用探讨

结合某高速公路K98+028、K98+470两处路堤完工一年后才开始的断续的前期沉降变形监测成果,利用太沙基一维固结理论,在缺少固结参数而又无法对多层软土路基固结参数分别反演的情况下,通过对地基整体固结参数的反演及数理统计分析,来达到沉降变形和沉降时间预测的目的;并通过与不同方法最终沉降变形预测结果之对比,及沉降预测结果与监测成果之拟合对比,进一步论证了该方法的可行性。

物质描述的大变形固结理论及有限元法

本文用物质描述方法，给出了饱和土大变形固结控制方程的矩阵形式．在此基础上，建立了基于初始构形的大变形固结增量有限元法，并对非线性的增量有限元固结方程的求解进行讨论，引入了自修正迭代算法．

Gibson土体非线性大变形固结方程的解析解

探讨了土体一维非线性大变形固结问题的解析解法,给出了土体在单面排水和双面排水条件下、以孔隙比为变量的G ibson土体一维非线性大变形固结简化控制方程的解析解.利用该解析解分析了土体一维非线性大变形固结的性状,将土体一维非线性大变形固结理论解与Terzagh i一维小变形固结理论解进行了比较.研究结果表明,该解析解可用于土体一维非线性大变形固结问题其他数值解的验证.

一维大变形主、次固结耦合新模型

针对传统一维大变形固结理论不能考虑土体次固结变形的缺点,在连续介质力学有限变形理论和土力学固结理论基础上,提出了全新的一维大变形主、次固结耦合模型。该模型采用超静孔压为控制变量,可以分别表述为欧拉坐标、拉格朗日坐标和固相体积坐标等三种形式,其中均可以显式地反映出土体重度变化、固相速度、地表沉降速度、地下水位变化、荷载变化和次固结等6个因素的影响。在不同简化条件下,新模型可以分别退化为以往学者提出的相关模型。当不考虑次固结效应时,新模型与经典的Gibson大变形固结模型完全等价。从便于工程应用的角度而言,新模型中仅考虑次固结和外荷载变化的退化形式更便于求解,可作为一种供参考的实用模型。

基于Biot固结理论的闸基灌注桩基础变形计算

甘肃省张掖市黑河小孤山水电站枢纽采用闸坝型式,基础河床覆盖着深厚的淤泥质土,采用混凝土灌注桩群桩措施进行基础处理。为研究闸基处理后变形情况,采用Biot固结理论,基于有限元法对多工况下桩基变形进行计算,并将计算结果与后期运行中枢纽上游、中游和下游3排共计15个监测点连续106期的监测数据进行对比。结果表明:①工程从开挖至正常运行和发生地震情况的桩基变形有限元计算结果与按照规范计算的结果较为接近;②枢纽工程建设完成后对其进行连续监测,将监测数据与计算数据对比,二者基本吻合,基础处理方案合理、有效,计算方法合理;③混凝土灌注桩群桩基础的处理措施改善了淤泥质软土的剪切变形和不均匀沉降,为工程的安全运行提供了保障。

超软土地基处理的大变形固结理论研究及工程应用探讨

在当前国内基础设施建设项目越来越多的背景下,在超软土地基上进行施工建设越来越广泛.如何科学地处理应用超软土地基,也成了节约施工成本、提升施工效率、确保工程项目建设施工质量的有效途径.本文结合超软土地基的特性,分析阐述了应用大变形固结措施对该地基结构进行坚固的科学性和可靠性,对提高超软土地基进行施工建设的应用效果,具有一定的参考价值.

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。

高温冻土区填土路基融化固结变形分析

基于修正拉格朗日（U.L）描述下的大变形固结理论和考虑相变作用的温度场得到大变形融化固结理论,对不同路堤高度下填土路基温度场和融沉变形进行研究.结果表明：高温冻土区合理高度的路堤在5~10 a内使冻土上限略微抬升,但冻土有明显升温.冻土上限在未来的5~10 a后会急剧下降,且路堤高度越小,下降量越大.与小变形融化固结理论相比,大变形融化固结理论预测高含量冻土融沉变形的精度更高.融沉量与路堤高度成正比,且随着时间的增长,融沉变形呈阶梯型发展,路堤越高,阶梯现象越显著.定义融沉量与路堤高度之比为沉降比,研究发现路堤越低,其沉降比越大,且随时间线性增长.沉降比是冻土融深增量的单值函数,与路堤高度无关,通过沉降比函数可以快速而实用的求出融沉变形量.

交通荷载应力路径下K_0固结软黏土变形特性试验研究

交通荷载作用下,软黏土路基土单元体上所受主应力的大小和方向是同时变化的,即在剪应力幅值改变的同时主应力轴连续旋转。针对该问题,利用GDS空心圆柱系统对K_0固结天然温州软黏土进行不排水大数目(10000次)循环扭剪试验,分析了K_0固结软黏土在考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下的应变特性。试验结果表明:主应力轴旋转的存在将使土体内产生更高的孔压,并在轴向上产生额外变形,且随着扭剪应力的等幅增加,竖向应变和孔压的增加量将越来越大。考虑主应力轴旋转时不同动应力水平下K_0固结软黏土的变形发展模式有所不同,可由安定理论进行解释。确定了考虑主应力轴旋转下K_0固结温州软黏土的临界动应力水平——即门槛循环应力比、容许循环应力比和临界循环应力比的范围。提出可将容许循环应力比作为道路工程沉降控制的准则。与三轴试验结果相比,考虑主应力轴旋转时,道路设计中对动应力的控制应更为严格。

排水固结法加固软基变形简化计算分析

插板和砂井堆载预压是处理软基有效方法之一,现有的沉降变形计算方法大部分采用轴对称理论的解析解和以太 沙基或比奥固结理论为基础的数值解,仍较为复杂。根据软基排水固结机理,采用固结度等效原理,对渗透系数进行调整,把 砂井(插板)地基简化为均质成层地基。运用有限元对某软土路基处理工程进行简化计算,并和监测结果进行对比分析,对简 化计算方法进行验证。发现具有较好的准确性,为实际软基处理工程的沉降变形分析提供了一种简单实用的方法。

一维固结理论一般解与固结沉降过程简便计算

对代表目前研究水平的几个主要固结理论解析解进行了分析研究,结果表明,线性、非线性、大变形、次固结流变等条件下的固结理论解析解可用一个一般解形式来表示,而一般解的形式与经典Terzaghi固结理论解相同,只需用变量D_v(t)代替Terzaghi常数固结系数C_v。研究表明,不同的D_v(t)形式反映了固结模型中的不同假定,通过拟合试验得到的D_v(t)可以综合反映非线性、大变形与次固结等影响因素。在此基础上,建议了一个简便的固结变形时间过程计算方法。建议方法无须另行复杂的参数试验,方法简单实用,与试验结果吻合很好。

土工有限元计算中如何剔除先期固结变形

土体在重力作用下的固结变形历史上大多已经完成,土体内的自重应力场和重力场处于相互平衡状态。以此为初始条件的土工有限元计算,如果直接在模型上施加重力作外载,将产生一个较大固结变形,而这个变形对土体来说是先期完成了的,所以计算会产生不合理的结果。为此,先把初应力作为一种载荷进行理论推导,并据此提出一个如何剔除先期固结变形的方法,即先加重力,通过求解,导出土体自重应力场;然后重新开始分析,把自重应力场当初始应力导入土体单元中,再加重力进行求解,这样就剔除了先期固结变形;最后进行了算例对比分析,证明其是一种合理的方法。

基于随机介质理论的抽水地表变形时空耦合预测模型

抽取地下水引起的地表变形对地面建(构)筑物的正常使用和结构安全构成了严重威胁。深入研究抽水地表变形预测理论对于沉降灾害防治具有重要意义。由于土体模型选择和土工参数测定上的困难,基于比奥固结理论的数值求解方法在计算抽水地表变形上尚未取得理想效果。文章将随机介质理论与一维固结理论结合,建立了新的抽水地表变形时空预测模型。首先,利用一维固结微分方程,建立反映地面沉降时间效应的半经验计算模型;其次,在分析抽水地面沉降空间分布规律的基础上,利用随机介质理论研究抽水地面沉降空间分布特征;再次,综合考虑抽水地面沉降的时间效应和空间分布形态,建立抽水地面沉降的时空耦合预测模型及抽水地表倾斜、水平移动、水平变形、曲率的时空计算模型。利用这些模型计算地表变形共需5个计算参数,介绍了参数求解方法。最后,利用上述时空耦合计算模型预测某地单井抽水引起地表变形的时空规律。研究表明,所建立的抽水地表变形预测模型能准确地反映抽水地表变形的时空规律,能方便、快捷地预测地下水开采引起的地表变形。

修正Terzaghi理论在吹填土固结计算中的应用

经典Terzaghi一维固结理论在小变形线弹性固结沉降计算中广泛应用,固结系数、压缩性、渗透性等固结参数保持为常量,但直接应用于沉降量超过50%的吹填土固结沉降会引起不可忽视的坐标误差,导致较大的预测误差,存在应用上的局限性。修正Terzaghi理论计算方法,根据有限应变理论将吹填土大变形固结沉降分段表达,同时修正应变步长上固结参数,满足经典固结理论中小变形、线弹性假定条件。通过土体渗透系数、体积压缩系数与孔隙比间拟幂次函数关系表达吹填土体非线性本构关系,固结系数不再保持为常量,而在固结过程连续变化。修正Terzaghi固结理论分段计算方法,在确定沉降应变步长内固结系数为常量,计算相应时间步长,修正土体固结系数及固结参数后进行下一应变步长计算,累加沉降量与时间步长得到土体时间维度上的大变形固结曲线。修正Terzaghi固结理论满足线弹性小变形基本假定,反映出软土固结沉降中非线性特点,计算预测结果与实测值符合良好,将经典一维固结理论推广应用到吹填土大变形固结领域。

淤填黏土铺盖裂缝大变形固结试验研究

Gibson的一维大变形固结理论存在很大的局限性,为符合特定的需求,不断对Gibson理论进行修正。本文针对黏土铺盖裂缝的淤填处理问题,对渗压作用下的淤填黏土的固结机理进行了研究。首先,推导出有限应变渗压固结理论模型,再基于有限应变固结理论分别推导出以超孔隙水压力和孔隙比表示的有限应变渗压固结偏微分方程,并通过设计模型试验模拟了裂缝处淤填固结的全过程,同时对理论模型和固结偏微分方程进行了验证,最后以模型试验结果为依据指导了现场试验。