飽和軟土復(fù)雜非線性大變形固結(jié)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、大變形固結(jié)問題因要考慮幾何非線性、材料非線性和滲流非線性，其求解十分復(fù)雜。其解析解一般都是在某些假定條件下得出，這些假定很多時(shí)候會(huì)影響到對(duì)固結(jié)本質(zhì)的理解，隨著技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)理論更深層次認(rèn)識(shí)的需要，對(duì)其研究也在逐漸加深。本文在前人大量試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，考慮各種復(fù)雜非線性的影響，對(duì)大變形固結(jié)理論進(jìn)行了解析與數(shù)值分析，并對(duì)固結(jié)方程中的不同參數(shù)進(jìn)行了討論。同時(shí)本文借助于大型通用有限元軟件，考慮土體損傷失效機(jī)制，闡述了連續(xù)強(qiáng)夯作用下碎石墩侵入淤

2、泥層的過程，并對(duì)碎石墩連續(xù)侵入淤泥層時(shí)土體中超靜孔壓的增長與消散過程進(jìn)行了數(shù)值研究。本文具體工作包括如下幾個(gè)方面。 (1)歐拉坐標(biāo)系下和拉格朗日坐標(biāo)系下應(yīng)力應(yīng)變表達(dá)的差異研究。分析了應(yīng)變的表達(dá)公式在兩種坐標(biāo)系下的差別，這種差別對(duì)固結(jié)過程中地基沉降計(jì)算以及以變形為參數(shù)的固結(jié)度計(jì)算將產(chǎn)生影響，也將影響到工程人員對(duì)實(shí)際工程預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，因此對(duì)其開展深入研究尤為重要。同時(shí)本文還對(duì)不同坐標(biāo)系下有效應(yīng)力與孔隙比之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。另外，本

3、文對(duì)連續(xù)性條件分析中歐拉描述下考慮應(yīng)交的物質(zhì)導(dǎo)數(shù)得出的應(yīng)變率與小變形理論中應(yīng)變率進(jìn)行了對(duì)比分析。 (2)大變形固結(jié)復(fù)雜非線性研究。在寧波軟土固結(jié)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析壓縮指數(shù)與滲透指數(shù)不同比值情況下一維大、小變形固結(jié)理論的超靜孔壓在不同計(jì)算時(shí)刻的差別。研究發(fā)現(xiàn)壓縮指數(shù)與滲透指數(shù)比值為1僅是一種特殊情況，考慮到實(shí)際工程該比值不一定是1以及解析上存在的困難，采用數(shù)值方法討論了比值不為1時(shí)各種情況下土體的性狀。土體自重項(xiàng)也是一維大變形固結(jié)

4、理論方程的重要部分，本文還比較了考慮土體自重與不考慮土體自重時(shí)一維大、小變形固結(jié)理論計(jì)算結(jié)果之間的差別。 (3)大變形固結(jié)理論中影響固結(jié)系數(shù)、滲透系數(shù)有關(guān)因素的研究。本文分析了不同描述下固結(jié)過程中固結(jié)系數(shù)隨孔隙比變化的單調(diào)性以及影響滲透系數(shù)的各種因素。將滲流水力梯度的變化規(guī)律應(yīng)用到土體固結(jié)過程，根據(jù)水力梯度變化導(dǎo)致參與其中滲流的液相組份不同將固結(jié)過程分成四個(gè)階段，以太沙基一維小變形固結(jié)理論為基礎(chǔ)，探討了固結(jié)過程中土體不同位置水力

5、梯度的變化規(guī)律。采用大型有限元軟件ABAQUS分析了固結(jié)過程中滲透系數(shù)的非線性變化對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，以及不同泊松比、邊界條件和固結(jié)過程中壓縮模量變化等對(duì)固結(jié)性狀的影響。 (4)靜水沉積過程研究。土顆粒靜水沉降問題是固結(jié)所要經(jīng)歷的一個(gè)階段，本文假定靜水沉降過程中沉積層顆粒之間有效應(yīng)力為0，分析了顆粒沉積過程中懸浮液-清水界面、懸浮液-沉積層界面的發(fā)展規(guī)律，并采用激波模型對(duì)其過程進(jìn)行了解釋。 (5)大變形動(dòng)力固結(jié)研究。大變形

6、動(dòng)力固結(jié)問題由于涉及到更復(fù)雜的動(dòng)力現(xiàn)象，理論研究比較缺乏，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展其應(yīng)用逐漸增加，因此其相關(guān)理論研究十分迫切。土體在沖擊荷載作用下產(chǎn)生損傷直至失效，本文采用損傷力學(xué)機(jī)制對(duì)強(qiáng)夯置換過程中土體性狀變化進(jìn)行分析，結(jié)合有限元軟件模擬了連續(xù)強(qiáng)夯作用下碎石侵入淤泥層和碎石墩形成的過程。試驗(yàn)中碎石墩侵入淤泥層時(shí)，超靜孔壓產(chǎn)生劇烈變化，為此本文采用擬靜力方法，依據(jù)實(shí)際夯擊情況假定碎石墩在很短的時(shí)間內(nèi)擠入淤泥層，分析了這一過程中土體中超靜孔隙水壓力的