考虑Hansbo渗流的砂井地基固结分析

摘要

现有的砂井固结理论对于饱和黏性土而言存在较大的偏差，一个重要的原因就是黏性土中水的渗流并不符合砂井理论中假定的Darcy定律。因此，本文将能够描述黏性土中水的渗流的Hansbo非线性分段渗流模型引入砂井固结理论，重新建立了固结方程，并给出了有限差分的格式。应用Fortran90编程软件编制了相关计算程序并验证了数值方法的有效性。根据得出的数值解，着重探讨了Hansbo渗流参数、土中水的竖向渗流和井阻涂抹作用对固结的影响，主要得出了以下结论:
　　(1)在只考虑径向渗流的理想砂井固结分析中，对于饱和黏性土地基，考虑渗流的非Darcy特性会延缓孔压的消散速率，降低地基土的径向固结速率。渗流参数m或i1取值越大，或井径比n越大，或上部荷载p越小，渗流固结和沉降的速率就越慢。但对于井径比而言，当取值范围较小时其变化会对固结速率产生一定的影响，而当取值较大时其变化对地基土固结速率的影响十分微小。
　　(2)当考虑理想砂井地基的竖向渗流时，参数m或I1取值越大，地基中渗流具有较大竖向分量的区域就越小，即渗流越偏离Darcy定律，竖向渗流对地基整体渗流固结的影响就越小。此外，地基土层越厚，平均固结速率就越慢，并越接近于径向固结时的固结速率。
　　(3)在基于Hansbo渗流的非理想砂井地基固结分析中，当考虑井阻作用时在整个土层深度内水力梯度都存在较大的竖向分量，因此不应忽略竖向渗流的影响;而仅考虑涂抹作用时具有较大渗流竖向分量的区域较小，在一定条件下可以只考虑径向渗流的影响。井阻作用会在固结的初期对距离砂井较近处的孔压产生更大的影响;而考虑涂抹作用时涂抹区和未扰动区交界处的径向水力梯度存在突变的情况。考虑井阻作用时在土体固结的前期会对固结速率产生更大的影响;而涂抹作用对固结速率的影响则主要体现在固结的中期。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 多维固结理论的国内外研究现状

1．3 饱和黏土非线性固结理论的国内外研究现状

1．3．1 一维变形非线性固结理论

1．3．2 渗流非线性固结理论

1．4 本文的主要研究工作

2 考虑Hansbo渗流的理想砂井径向固结分析

2．1 引言

2．2 计算模型

2．2．1 固结方程

2．2．2 方程的有限差分解

2．2．3 初始条件和边界条件的处理

2．2．4 平均固结度

2．3 解法验证

2．4 计算与分析

2．4．1 Hansbo渗流参数对孔压分布的影响

2．4．2 Hansbo渗流对径向固结度的影响

2．4．3 Hansbo渗流时井径比对径向固结度的影响

2．5 与现有理论的比较

2．5．1 Hansbo渗流与指数型渗流时固结度的比较

2．5．2 指数渗流下等应变和自由应变假定的比较

2．6 本章小结

3 考虑Hansbo渗流的理想砂井径竖向固结分析

3．1 引言

3．2 计算模型

3．2．1 固结方程

3．2．2 方程的有限差分求解

3．2．3 初始条件和边界条件的处理

3．2．4 平均固结度

3．3 计算与分析

3．3．1 方程离散参数取值

3．3．2 竖向渗流对孔压分布的影响

3．3．3 竖向渗流对平均固结度的影响

3．3．4 砂井地基厚度对平均固结度的影响

3．4 本章小结

4 考虑Hansbo渗流的非理想砂井固结分析

4．1 引言

4．2 计算模型

4．2．1 固结方程

4．2．2 方程的有限差分求解

4．2．3 连续性方程的处理

4．2．4 初始条件和边界条件的处理

4．2．5 平均固结度

4．3 计算与分析

4．3．1 井阻和涂抹作用对孔压分布的影响

4．3．2 井阻和涂抹作用对平均固结度的影响

4．4 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

致谢

个人简历与在校期间发表的学术论文