非飽和土一維固結(jié)理論的解析與數(shù)值研究.pdf

1、非飽和土固結(jié)理論一直是巖土工程領(lǐng)域的重要研究課題之一，國內(nèi)外均有很多學(xué)者開展了相關(guān)研究。但由于非飽和土固結(jié)的復(fù)雜性，即使對(duì)于一維情況至今也無如Terzaghi飽和土一維固結(jié)理論那樣得到公認(rèn)和廣為應(yīng)用的非飽和土一維固結(jié)理論。因此，進(jìn)一步深入開展非飽和土一維固結(jié)理論研究以建立簡單、實(shí)用的非飽和土一維固結(jié)理論具有重要理論和實(shí)際意義。本文在國內(nèi)外現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，分別采用解析和數(shù)值方法對(duì)非飽和土一維固結(jié)理論進(jìn)行了較系統(tǒng)深入的研究，并較全面地分析了

2、非飽和土的一維固結(jié)性狀。主要工作和創(chuàng)新成果如下：
　　 1．結(jié)合Bishop有效應(yīng)力原理、Fredlund—Xing土水特征曲線模型、Brooks—Corey滲透系數(shù)公式，建立了非飽和土一維非線性固結(jié)方程組。
　　 2．將非飽和土固結(jié)分為瞬時(shí)壓縮階段和消散固結(jié)階段，并分別給出了這兩個(gè)階段孔隙水壓力和孔隙氣壓力等物理量的計(jì)算方法；對(duì)單面排水、排氣和雙面排水、排氣情況的非飽和土一維非線性固結(jié)方程組進(jìn)行了有限差分求解，并編制了

3、相應(yīng)的計(jì)算程序；結(jié)合Fredlund(1986)的固結(jié)試驗(yàn)，對(duì)提出的非飽和土一維非線性固結(jié)理論進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明理論分析與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　 3．利用編制的非飽和土一維固結(jié)有限差分求解計(jì)算程序，分別對(duì)土水特征曲線、有效應(yīng)力系數(shù)、流體的滲透系數(shù)的非線性情況對(duì)一維非飽和土固結(jié)的影響進(jìn)行了研究，研究表明土水特征曲線、有效應(yīng)力系數(shù)、流體的滲透系數(shù)的非線性情況對(duì)孔隙水壓力和孔隙氣壓力等均有影響，但在一定的參數(shù)變化范圍內(nèi)影響不是很大

4、，而且在不同階段和不同深度影響也不一樣。
　　 4．對(duì)非飽和土一維固結(jié)的簡化計(jì)算進(jìn)行了探索，提出了新的簡化計(jì)算方法，給出了相應(yīng)的簡化計(jì)算公式，并在簡化公式的基礎(chǔ)上，對(duì)非飽和土一維固結(jié)的影響因素進(jìn)行了分析。與Fredlund(1986)固結(jié)試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比表明，提出的簡化計(jì)算方法較為合理。
　　 5．采用混合流體方法對(duì)非飽和土一維固結(jié)進(jìn)行了解析分析，并給出了消散固結(jié)階段的解析解。分析表明，采用混合流體方法來分析非飽和土一維固

5、結(jié)在概念上清晰，并且能夠?qū)⑽⒎址匠探M解耦，從而使求解較為簡單。
　　 6．建立了求解非飽和土一維非線性固結(jié)問題的半解析法，并編制了相應(yīng)的計(jì)算程序。通過與本文有限差分解的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，證明了半解析解和計(jì)算程序的正確性。分析表明，采用半解析法求解非飽和土一維固結(jié)，可將復(fù)雜的非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題，算法簡單、思路清晰、計(jì)算量較小，因而較其他數(shù)值方法有優(yōu)勢(shì)；但另一方面，半解析法也有對(duì)線性解析解較為依賴的缺點(diǎn)。
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