渗压作用下的有限应变固结理论研究

摘要

针对土坝粘土铺盖裂缝的淤填处理问题,对淤填粘土在渗压作用下的固结机理进行了研究.首先,通过分析渗压作用下的淤填粘土的固结机理,推导出以超孔隙水压力,孔隙比为控制变量的有限应变渗压固结微分方程.在理论模型推导中,考虑了固结过程中固结参数的变化(e-σ',e-k呈非线性关系),该固结为渗压体积力作用下的固结,不同于均布荷载作用下的固结求解过程.设计渗压固结试验确定理论模型中的待定系数-有限应变固结系数和有限应变固结对流项系数,这两个系数均为随有效应力和土层深度变化的量,并且体现软土初始孔隙比,压缩性、渗透性及其沿深度变化等因素的综合影响.提出精细积分半解析法求解变系数的以超孔压和孔隙比为控制变量的渗压固结微分方程.应用matlab语言编制计算程序对各种工况的超孔隙水压力消散、孔隙比随时间和空间的变化进行了求解,对各种计算工况得到的以孔压和变形表示的固结度的变化规律进行分析,说明渗压体积力作用下淤填粘土的固结随时间和空间的非线性分布特性.在给定条件下推导出渗压固结微分方程的解析解表达式.设计模型试验模拟渗压作用下淤填粘土的固结过程并对该文建立的理论模型和求解结果进行验证.将理论计算的超孔隙水压力、孔隙比、沉降-时间曲线和根据实测数据计算的这些量进行比较分析,说明文中建立的渗压作用下的有限应变固结理论模型及求解方法的合理性.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2有限应变固结理论的发展及研究现状

1.3论文的主要工作

第二章渗压固结微分方程的建立

2.1本研究问题的描述及基本假定

2.2渗压有限应变固结微分方程

2.2.1超孔隙水压力为控制变量的渗压固结微分方程

2.2.2孔隙比为控制变量的渗压固结微分方程

2.3小结

第三章渗压固结模型参数的确定-渗压固结试验

3.1试验装置与试验方法

3.1.1试验装置

3.1.2试验方法

3.2试验结果

3.2.1流速及变形

3.2.2孔隙水压力分布

3.2.3含水量分布

3.2.4有效应力分布

3.2.5压缩关系的确定

3.2.6渗透水力坡降、渗透系数及渗透固结参数的确定

3.3有限应变固结系数及对流项系数的确定

3.4小结

第四章按孔压求解有限应变渗压固结微分方程的半解析法

4.1精细积分半解析法的提出

4.2求解过程

4.2.1求解格式

4.2.2 计算步骤

4.3求解结果分析

4.3.1超孔压的时空分布

4.3.2以超孔压表示的固结度

4.3.3固结度的时空变化分析

4.4计算孔压与实测孔压对比分析

4.5小结

第五章按孔隙比求解有限应变渗压固结微分方程的半解析法

5.1考虑自重固结的渗压有限应变固结半解析解

5.1.1孔隙比的时空分布

5.1.2以变形表示的固结度时空分布

5.2不考虑自重固结的渗压有限应变固结半解析解

5.2.1孔隙比的时空分布

5.2.2以变形表示的固结度与孔压固结度对比

5.3土体沉降分析

5.4理论计算与试验结果对比

5.5小结

第六章给定条件下渗压固结方程数值解与解析解比较

6.1一定条件下按孔压求解有限应变固结方程的解析解与数值解

6.1.1一定条件下的超孔压解析解

6.1.2超孔压数值解与解析解比较

6.2一定条件下按孔隙比求解有限应变固结方程的解析解与数值解

6.2.1一定条件下的孔隙比解析解

6.2.2数值解与解析解比较

6.3小结

第七章模型试验验证

7.1模型试验设计

7.2试验结果

7.2.1渗流量变化

7.2.2淤填土层沉降变化

7.2.3淤填土层的孔隙比与孔压分布

7.3理论计算与实测结果比较

7.3.1数值解与实测结果对比

7.3.2给定条件下解析解与实测结果对比

7.4小结

第八章结论与建议

8.1主要结论

8.2建议

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢