循环荷载作用下非饱和土竖井复合地基固结理论研究

摘要

近年来，随着我国经济建设的快速发展，大量基础建设工程（如高速公路，高速铁路等）在软土地区进行施工建设，而现有设计理论大多是以饱和土的固结理论为基础，而土体通常是由气、液、固组成的三项体;此外，由于我国已经进入高速公路、高速铁路蓬勃发展的新时期，且规划中和已建成的线路地区不可避免会经过广泛分布有深厚软粘土的地段，如我国东南沿海、长江三角洲一带等，竖井地基作为一种软基加固处理手段被广泛应用。然而，大量研究表明，经过压实的路基土仍然会处于非饱和状态。因此，从非饱和土的角度出发，采用非饱和土的理论与方法，对循环荷载作用下非饱和竖井地基的基本性质进行研究，解路基审计的理论及相关工程技术问题非常有必要。鉴于此，本文基于前人的工作，从Fredlund的非饱和土固结理论出发，建立任意荷载作用下非饱和土竖井复合地基固结计算模型，通过理论推导并结合有限元方法，对任意荷载作用下非饱和土竖井复合地基的固结问题进行了全面的分析研究。
　　 首先，在Fredlund非饱和土固结理论方程基础上，联合Darcy定律和Fick定律，建立关于有限深度的非饱和土竖井复合地基在任意荷载作用下固结的微分方程。通过Laplace变换，得到超孔隙气压力和超孔隙水压力在变换域内的半解析解。应用自编程序分析各种循环荷载作用下非饱和土的超孔隙气压力和超孔隙水压力的变化规律。
　　 其次，在之前研究的基础上，对计算模型进行修改完善，并运用有限元方法，对考虑涂抹效应的有限深度非饱和土竖井复合地基在任意荷载作用下超孔隙气压力、超孔隙水压力以及土体沉降的变化规律进行了分析研究。
　　 最后，对计算模型再进行更进一步改进，运用有限元方法，分析了考虑水平和竖向二向渗流的有限深度非饱和土竖井复合地基在任意荷载作用下超孔隙气压力、超孔隙水压力以及土体平均固结度的变化规律，并给出了此种土体模型在土体固结计算中可以忽略土体竖向渗流情况时的土体H-kwz/kwr关系的大致范围。
　　 本文基于高速发展的工程建设对现有非饱和土固结理论提出更新、更高要求的客观现状，探索性地研究了任意荷载作用下的非饱和土竖井复合地基的固结沉降规律，给出了各种土体模型中超孔隙气压力、超孔隙水压力在各种荷载作用下的变化规律并分析对比了其之间的异同，对于非饱和土固结理论的完善发展具有重要意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 非饱和土固结理论的发展与研究现状

1．3 竖井地基固结理论的研究与发展现状

1．4 循环荷载作用下非饱和土固结理论的研究与发展现状

1．5 本文的主要工作

第2章 循环荷载作用下的非饱和土竖井复合地基固结半解析解

2．1 前言

2．2 相关数学方法简介

2．2．1 拉普拉斯(Laplace)变换及其逆变换

2．2．2 贝塞尔(Bessel)方程与贝塞尔函数

2．3 循环荷载作用下的带竖并非饱和土固结方程及其求解

2．3．1 控制方程

2．3．2 边界条件和初始条件

2．3．3 方程求解

2．4 常见荷载及其Laplace变换

2．5 算例分析

2．5．1 缓加荷载

2．5．2 正弦循环荷载

2．5．3 梯形循环荷载

2．5．4 三角形循环荷载

2．5．5 矩形循环荷载

2．6 结论

第3章 任意荷载作用下考虑涂抹作用的非饱和土竖井复合地基固结数值解

3．1 前言

3．2 任意荷载作用下考虑涂抹作用的带竖井非饱和土固结方程

3．2．1 基本假定

3．2．2 基本控制方程

3．2．3 边界条件和初始条件

3．3 常见任意荷载形式

3．4 算例分析

3．4．1 骤加恒载

3．4．2 缓加荷载

3．4．3 正弦循环荷载

3．5 结论

第4章 任意荷载作用下考虑水平和竖直二向渗流的非饱和土竖井复合地基固结数值解

4．1 前言

4．2 任意荷载作用下考虑水平和竖直二向渗流的带竖并非饱和土固结方程

4．2．1 基本假定

4．2．2 基本控制方程

4．2．3 边界条件和初始条件

4．3 常见任意荷载形式

4．4 算例分析

4．4．1 骤加恒载

4．4．2 缓加荷载

4．4．3 正弦循环荷载

4．5 结论

第5章 结论与展望

5．1 本文的主要工作及结论

5．2 对进一步工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢