半透水边界下饱和黏土地基的一维黏弹性固结分析

摘要

为了深入探讨饱和黏土的流变特性,引入Koeller弹壶元件修正的分数阶Merchant模型描述土的黏弹性变形特性,并采用非牛顿指数描述的非Darcy渗流方程来描述土体固结过程中孔隙水的流动,重新推导了半透水边界下的饱和黏土一维流变固结方程。采用隐式有限差分法求出了固结方程的数值解。通过与有关文献中退化模型结果对比,验证了数值解法的有效性。在此基础上,分析了半透水边界参数、非Darcy渗流模型参数以及分数阶Merchant流变模型参数对流变固结过程的影响。结果表明:增大半透水边界参数能加快地基内孔压的整体消散速率以及地基沉降速率;分数阶Merchant模型参数中分数阶数和黏滞系数对地基沉降速率的影响更为显著,且对地基沉降速率的影响主要集中在固结进程的中后期;Kelvin体与独立弹簧的模量之比对固结进程的影响也主要在中后期,且随着模量比的增大,地基的固结进程逐渐加快;非Darcy渗流延缓了土层的固结速率,且随着非牛顿指数的增大,地基的固结逐渐变慢。