基于非牛顿指数渗流和分数阶Merchant模型的双层地基一维流变固结分析

摘要

为了进一步深入探讨饱和黏土双层地基一维固结机理,引入Koeller定义的弹壶元件修正Merchant模型描述饱和黏土的黏弹性变形,引入非牛顿指数渗流模型描述固结过程中的非Darcy渗流,推导出一个新的饱和黏性土双层地基一维流变固结方程,并利用隐式差分格式进行数值求解。通过文献对比,验证了本文数值算法的有效性。探讨了非牛顿指数渗流模型参数以及分数阶Merchant流变模型参数对双层地基一维流变固结过程的影响。结果表明,在单面排水条件下,上层中渗流参数和模型参数对固结速率的影响起决定作用,且随着下层土与上层土的相对压缩性的降低或相对渗透性的增加,地基孔压的消散速率和沉降速率都会加快;增大渗透性高或压缩性低的土层相对厚度,也会加快双层地基的固结速率。另外,非牛顿指数的增大会延缓双层地基中的孔压消散,使得沉降发展变慢。