成层结构性软土非线性大应变流变固结理论研究

摘要

天然软土具有成层性、结构性、高压缩性、流变性等特点，其广泛分布于中国沿海、沿江地区。然而随着中国经济的飞速发展，在这些地区进行大型基础设施建设时，将要面临地基沉降等问题的挑战。因此结合软土的工程特点，建立更加适合的模型，展开更系统深入的固结理论研究显得十分必要。目前的固结理论还没有能全面考虑土体自身的成层性、结构性、流变性、以及软土层在固结过程中几何非线性、材料非线性、压缩和渗流非线性变化等特点。因此进行成层结构性软土的非线性大、小应变流变固结理论研究具有重要的理论和实际意义。 本文主要采用解析和半解析的方法，从成层软土地基固结理论研究出发，逐步进行单层和成层结构性软土小应变和大应变固结理论、成层结构性软土小应变和大应变流变理论的研究，深入分析了结构性软土固结的性状及相关土体参数的影响。主要工作和创新成果如下： （1）采用分离变量法、矩阵递推法、Duhamel积分法先后推导瞬时荷载和任意荷载下成层软土的一维非线性固结解析解，潜水层和承压水层抽水导致水位随时间下降时成层软土固结解析解，并深入分析了两种排水条件下，成层软土地基各土层压缩性、渗透性、厚度以及外荷载等因素对固结性状的影响。 （2）根据以往的实验研究，建立了能考虑土体结构性的非线性压缩模型、渗透模型、结构屈服应力计算模型，并基于该模型，详细分析了单层结构性软土地基在单面排水和双面排水两种情况下土体的固结过程，采用半解析的方法进行了求解，通过与已有的解答进行对比，验证求解结果的正确性。在此基础上对成层结构性软土地基非线性固结问题进行了研究。探讨了外荷载、土体参数非线性变化、不同压缩模型、结构性等因素对土体的固结度、沉降以及超静孔压分布的影响。 （3）综合考虑土体的沉积作用、结构性、成层性、土体在固结过程中的几何非线性和材料非线性变化、建立结构性软土一维非线性大应变固结模型，在此基础上采用半解析法分别对单层和成层地基的非线性大应变固结问题进行了求解，并进行了验证，进而与小应变固结理论和不考虑土体结构性的大应变固结理论进行了对比，结果发现：荷载相同时，结构性软土小应变固结理论计算得到的固结度大于大应变理论的计算值，而小应变理论计算得到的沉降值小于大应变理论的计算值，不考虑结构性计算得到的沉降显著大于考虑结构性的计算结果。 （4）基于Yin&Graham平行等效时间线模型，建立了考虑土体结构性的软土平行等效时间线流变模型，并对成层地基一维流变固结问题进行研究。然后根据次固结系数随应力水平变化的规律，对平行等效时间线模型进行了改进，建立了非平行等效时间线模型，并将其引入一维非线性固结问题中进行解答。最后建立了结构性软土的非平行等效时间线模型，采用半解析的方法对成层地基一维流变固结问题进行求解，并探讨了土体流变性对固结性状影响的规律。 （5）全面考虑土体的成层性、结构性、流变性、沉积作用、固结过程中几何非线性、材料非线性、压缩和渗流非线性以及变荷载等，分别基于结构性软土平行和非平行等效时间线模型对成层结构性软土非线性大应变流变固结问题进行了求解，探讨了影响固结性状的诸多因素，并与其它理论进行了对比分析。

目录

第一个书签之前