考虑非达西渗流和应力历史影响的土体非线性固结分析

摘要

软粘土中渗流在低水力坡降下会出现偏离达西定律的现象及应力历史对土体变形的影响均已为人们所认识，但能够同时考虑土中非达西渗流及应力历史影响的土体固结理论还很鲜见。本文在传统太沙基一维固结理论的基础上，引入Hansbo渗流模型，并考虑应力状态对土体变形特性的影响，建立变荷载下土体的一维非线性固结模型。由于所建立的数学模型很难获得其解析解，故利用有限差分法对模型进行数值求解。在保证数值解可靠性的基础上，对考虑土中非达西渗流的不同应力状态饱和软土一维非线性固结性状作了较为详细的研究。主要研究内容包括以下几个方面：
　　(1)针对软粘土中存在的非达西渗流，建立了正常固结土在非达西渗流下的一维非线性固结控制方程，并采用有限差分法对其进行求解，通过将差分法的计算结果分别与解析解和半解析解进行对比以验证差分解的可靠性，在此基础上着重分析了非达西渗流、外荷载、压缩指数、渗透指数、土体自重应力的类型和加荷速率对正常固结饱和软土地基一维非线性固结性状的影响。
　　(2)实际中存在很多处于超固结应力状态的地基土层，故有必要进一步完善更加符合实际情况的固结理论以更好地指导工程实践。首先建立了超固结土在非达西渗流下的一维非线性固结控制方程，采用有限差分法对其进行求解，通过在ce=cc条件下所得差分解与正常固结土的差分解进行对比以验证差分解的可靠性，最后着重分析了非达西渗流、前期固结压力、回弹再压缩指数、压缩指数、渗透指数和加荷速率对超固结饱和软土地基一维非线性固结性状的影响。
　　(3)土体的固结状态除了正常固结应力状态和超固结应力状态，还有欠固结应力状态。同样的，处于欠固结应力状态的土体对固结性状也具有重要影响。首先建立了欠固结土在非达西渗流下的一维非线性固结控制方程，采用有限差分法对其进行求解，最后着重分析了非达西渗流、压缩指数、渗透指数、土层自重应力与前期固结压力的差值、加荷速率对欠固结饱和软土地基一维非线性固结性状的影响。
　　(4)分析非达西渗流下不同应力状态土体的一维非线性固结性状，并比较其异同点。

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主 要 符 号 表

第一章 绪论

1.1前 言

1.2 正常固结饱和软土一维固结理论国内外研究现状

1.3 超固结饱和软土一维固结理论国内外研究现状

1.4 欠固结饱和软土一维固结理论国内外研究现状

1.5 考虑应力历史的饱和软土一维固结理论存在的问题

1.6 本文的主要工作

第二章 考虑土中非达西渗流的正常固结土一维非线性固结分析

2.1 基于非达西渗流定律的正常固结土一维非线性固结计算模型

2.2 基于非达西渗流定律的正常固结土一维非线性固结有限差分解

2.3 验证数值解的可靠性

2.4 考虑土中非达西渗流的正常固结土一维非线性固结性状分析

2.5 本章小结

第三章 考虑土中非达西渗流的超固结土一维非线性固结分析

3.1 基于非达西渗流定律的超固结土一维非线性固结计算模型

3.2基于非达西渗流定律的超固结土一维非线性固结有限差分解

3.3 计算程序的验证

3.4 考虑土中非达西渗流的超固结土一维非线性固结性状分析

3.5 本章小结

第四章 考虑土中非达西渗流的欠固结土一维非线性固结分析

4.1 基于非达西渗流定律的欠固结土一维非线性固结计算模型

4.2 基于非达西渗流定律的欠固结土一维非线性固结有限差分解

4.3 考虑土中非达西渗流的欠固结土一维非线性固结性状分析

4.4 不同应力状态下固结性状分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文的主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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