考虑应力历史影响的成层地基一维固结理论研究

摘要

虽然土体的应力历史对地基的固结和变形有很大影响,但目前关于考虑应力历史影响的软黏土地基固结理论的研究并不多见.本文在前人工作基础上对成层超固结饱和软黏土地基一维固结理论进行了较为系统和深入的研究. 基于现有成层地基一维线性固结解析解,本文提出并建立了求解考虑应力历史影响的成层地基一维线性固结和非线性固结问题的半解析法,编制了能同时考虑土的应力历史影响、成层性、非线性以及土体自重和变荷载的一维线性固结计算程序 ODLCALOS 与一维非线性固结计算程序 ODNCALOS,并通过与已有的解析解的对比,检验了本文半解析法和程序的正确性.当不考虑土的应力历史影响时,本文程序就可退化为现有的成层地基一维非线性固结计算程序NAODCLS；而当进一步不考虑土的非线性时,程序便可退化为现有成层地基一维线性固结计算程序ODCALS. 利用本文程序,以双层和三层超固结饱和土地基固结为例,对成层超固结饱和软黏土地基一维固结性状进行了详细分析,绘制了大量的固结曲线,讨论了各种因素对地基沉降发展速率和超静孔压消散速率等的影响.分析研究表明:除边界条件外,影响成层超固结饱和软黏土地基非线性固结性状的主要因素有:各层土的先期固结压力(σ<'1><,c>)、回弹指数与压缩指数之比(c<,e>/c<,c>)、压缩指数与渗透指数之比(c<,c>/c<,k>)、自重应力分布形式、土层厚度和土层分布、以及荷载大小和加荷速率(q<,u>值和T<,vc>)等；考虑土的应力历史影响后,按变形定义的地基平均固结度U<,s>,(代表地基沉降发展速率)与按平均孔压定义的固结度U<,p>.(代表超静孔压消散速率)在数值上有较大的差异,并且沉降发展速率与超静孔压消散速率均增大、地基最终沉降减小.此外,为便于本文理论的实际应用,针对单层超固结土地基一维非线性固结问题,制作了可供直接查阅的计算表格.同时,通过与萧山软黏土室内超固结压缩试验对比分析,进一步验证了本文理论并表明了在固结计算中考虑土体应力历史和非线性的重要性. 本文工作首次将软黏土的非线性、成层性等重要特性以及应力历史、土体自重和变荷载等复杂因素同时纳入固结理论研究中,并为超固结饱和软黏土地基固结计算提供了高效的计算程序和表格,从而进一步发展和完善了固结理论.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1前言

1.2正常固结饱和土一维固结理论的研究现状

1.2.1一维线性固结理论研究现状

1.2.2一维非线性固结理论研究现状

1.3超固结饱和土一维固结理论研究现状

1.4本文的主要工作

第2章半解析法求解复杂固结问题的原理

2.1引言

2.2关于成层地基一维线性固结解析解

2.2.1问题的描述

2.2.2解答

2.3半解析法的基本思路

2.4本文半解析法的步骤

2.5本章小结

第3章成层超固结土一维线性固结理论与性状

3.1引言

3.2成层超固结土一维线性固结理论

3.2.1问题的描述

3.2.2成层超固结土一维线性固结控制方程

3.2.3成层超固结土一维线性固结半解析解

3.3双层超固结土一维线性固结半解析解

3.4半解析解程序验证

3.4.1相关解析解

3.4.2计算程序及验证

3.5双层超固结土一维线性固结性状

3.5.1应力历史对固结和沉降的影响

3.5.2荷载对固结性状的影响

3.5.3先期固结压力对固结性状的影响

3.5.4压缩性对固结性状的影响

3.5.5渗透性对固结性状的影响

3.5.6加荷速率对固结性状的影响

3.6本章小结

第4章成层超固结土一维非线性固结理论与性状

4.1引言

4.2成层超固结土一维非线性固结理论

4.2.1问题的描述

4.2.2成层超固结饱和土一维非线性固结控制方程

4.2.3成层超固结饱和土一维非线性固结半解析解

4.3双层超固结土一维非线性固结半解析解

4.4半解析解及其程序的验证

4.4.1相关解析解

4.4.2计算程序及验证

4.5双层超固结土一维非线性固结性状

4.5.1 cc/ck和荷载值对非线性固结性状的影响

4.5.2 ce/cc对非线性固结性状的影响

4.5.3土层厚度对非线性固结性状的影响

4.5.4先期固结压力对非线性固结性状的影响

4.6本章小结

第5章自重应力分布形式对超固结土固结性状的影响

5.1引言

5.2不同荷载下自重应力分布形式对超固结土非线性固结性状的影响

5.3不同ce/cc值下自重应力分布形式对超固结土非线性固结性状的影响

5.4本章小结

第6章单层超固结土非线性固结计算表格及应用

6.1引言

6.2单层超固结土一维非线性固结半解析解

6.3单层超固结土一维非线性固结计算表格

6.4计算表格应用示例

6.5本章小结

第7章超固结土试验与理论对比分析

7.1引言

7.2 GDS高级固结仪介绍

7.2.1硬件系统

7.2.2软件系统

7.2.3功能与优势

7.3萧山软黏土固结渗透联合试验

7.3.1试验原理

7.3.2试验步骤

7.3.3土性参数确定

7.4试验结果及其与理论的对比分析

7.4.1超固结土线性固结理论与试验结果的对比

7.4.2超固结土非线性固结理论与试验结果的对比

7.4.3结果分析

7.5本章小结

第8章本文工作的总结与展望

8.1本文工作的总结

8.2进一步工作的设想

参考文献(REFERENCES)

作者简介及作者攻读博士学位期间发表和录用的论文

致谢

附录 浙江大学岩土工程研究所历届博士学位论文目录