基于非达西渗流的饱和软黏土弹黏塑性固结分析

发布时间：2020-11-17 23:00

　　 在我国沿海地区广泛分布着饱和软黏土,软黏土地基的沉降变形问题一直是岩土工程领域研究的重要内容,而这个问题又与土体的固结理论息息相关。软黏土固结过程具有明显的流变性和渗流非线性,这也是影响软土地基及工程长期沉降与稳定的主要原因。本文从试验与理论两方面出发,对饱和软黏土一维流变固结问题进行了研究,主要工作和成果如下:(1)引入弹黏塑性(EVP)模型描述土骨架的变形,推导了一维流变固结方程,并对饱和软黏土进行了一系列一维流变固结试验,根据试验数据研究了参考时间的选取对弹黏塑性模型参数的影响。分析表明:参考时间的选取对初始次固结系数的影响较小,而对模型参考时间线参数和参考应力点的影响较大;另外,不同参考时间下对应模型参数都能很好地预测土体竖向应变随时间的变化规律。(2)考虑软黏土地基固结过程非达西渗流影响,引入Hansbo渗流模型,基于弹黏塑性模型重新推导了软黏土一维非线性流变固结方程,给出了有限差分数值求解格式,并利用Matlab软件编程计算求得控制方程数值解。通过分析Hansbo渗流参数和EVP模型参数对地基流变固结过程的影响,得到如下结论:当考虑Hansbo渗流时会延缓地基流变固结过程,且随Hansbo渗流曲线段幂指数或起始水力梯度增大,所对应孔隙水压力消散及地基整体沉降变形发展都越慢;当采用EVP本构模型模拟地基土变形时,会出现前期超孔隙水压力升高现象,且参考时间线参数、参考应力点和次固结系数取值对孔压升高现象有显著影响;瞬时时间线参数对孔隙水压力消散速率的影响具有阶段性,参考时间线参数和参考应力点对孔压消散速率的影响具有单调性,而次固结系数和蠕变变形极限值对孔压消散速率影响具有区间性;地基整体沉降变形发展速率随瞬时时间线参数和参考时间线参数取值增大而增大,随次固结系数和蠕变变形极限值增大而减小。(3)将Hansbo渗流和EVP模型引入到砂井地基径向固结分析中。通过分析超孔隙水压力分布、消散以及固结度随时间变化规律得到如下结论:Hansbo渗流参数及井径比取值越大,孔压消散以及地基径向固结率延缓现象越明显;在固结前期同样出现超孔隙水压力升高现象,而当考虑Hansbo渗流时,孔压升高值及升高时间都得到一定提升;弹黏塑性模型瞬时时间线参数和次固结系数对孔压消散影响与一维流变固结类似。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU43
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 饱和黏土流变固结研究现状
        1.2.2 饱和黏土渗流非线性固结研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 EVP模型参考时间的选取研究
    2.1 引言
    2.2 弹黏塑本构及一维流变固结方程
        2.2.1 EVP模型简介
        2.2.2 EVP模型参数的确定
        2.2.3 基于EVP模型的一维流变固结方程
        2.2.4 方程有限差分求解
    2.3 试验验证
        2.3.1 试验内容
        2.3.2 试验结果
        2.3.3 分析验证
    2.4 本章小结
3 基于Hansbo渗流的一维流变固结分析
    3.1 引言
    3.2 计算模型及数值解答
        3.2.1 Hansbo渗流模型
        3.2.2 基于Hansbo渗流的流变固结方程
        3.2.3 方程的有限差分求解
        3.2.4 固结度计算
    3.3 流变固结模型参数确定方法
        3.3.1 最小二乘法
        3.3.2 信赖域算法
    3.4 解法验证
    3.5 参数分析
        3.5.1 Hansbo渗流参数的影响
            3.5.1.1 I对流变固结的影响
            3.5.1.2 m对流变固结的影响
        3.5.2 EVP模型参数的影响
            3.5.2.1 κ/V对流变固结的影响
            3.5.2.2 λ/V对流变固结的影响
            3.5.2.3 R对流变固结的影响
            3.5.2.4 Ψ0/V对流变固结的影响
vml
vp对流变固结的影响'>            3.5.2.5 ε_{vml
vp对流变固结的影响
    3.6 本章小结
4 基于Hansbo渗流和EVP模型下理想砂井径向固结分析
    4.1 引言
    4.2 计算模型
        4.2.1 固结方程
        4.2.2 方程有限差分求解
        4.2.3 固结度计算
    4.3 解法验证
    4.4 参数分析
        4.4.1 Hansbo渗流参数对孔压消散及固结度影响
            4.4.1.1 I对孔压消散及固结度的影响
            4.4.1.2 m对孔压消散及固结度的影响
        4.4.2 井径比N对固结度的影响
        4.4.3 EVP模型参数对孔压消散及固结度影响
            4.4.3.1 κ/V对孔压消散及固结度的影响
0}/V对孔压消散及固结度的影响'>            4.4.3.2 Ψ₀/V对孔压消散及固结度的影响
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 主要工作和结论
    5.2 进一步研究工作的展望
参考文献
附录
致谢
个人简历与在校期间发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2888020