發(fā)布時間：2020-11-13 08:58

　　 固結(jié)理論一直是土力學核心問題之一,是軟土地基的沉降預測和控制等問題的理論基礎,其中邊界排水條件對地基固結(jié)性狀具有重要影響。傳統(tǒng)固結(jié)理論通常將邊界視為完全透水或完全不透水,但往往與工程實際不符合,而半透水邊界又難于應用,一般不易獲得顯式解答,連續(xù)排水邊界的提出則能夠很好的解決上述邊界問題。此外,外部變化荷載和土體的自重作用和結(jié)構性對軟土地基固結(jié)沉降變形具有重要影響。目前還未見到系統(tǒng)研究連續(xù)排水邊界條件下考慮復雜外荷載、自重作用、成層性、結(jié)構性等復雜情況的軟土一維固結(jié)問題。因此有必要對其展開系統(tǒng)的深入研究,使連續(xù)排水邊界條件下的固結(jié)理論更為完善和接近工程實際。本文基于連續(xù)排水邊界條件,首先回顧已有理論存在的問題,對經(jīng)典理論進行剖析,提出界面參數(shù)反演公式,然后基于連續(xù)排水邊界條件,利用解析和半解析方法,研究任意外荷載、自重作用、結(jié)構性等復雜情況下單層地基和成層地基的一維固結(jié)問題,深入分析軟土的固結(jié)性狀及相關土體參數(shù)對其的影響,最后對連續(xù)排水邊界條件在夾砂墊層的軟土地基工程中的應用展開研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)在瞬時荷載下的連續(xù)排水邊界的基礎上,推導了任意荷載連續(xù)排水邊界條件。給出了連續(xù)排水邊界條件下軟土地基一維固結(jié)理論的無量綱量的解析解,通過解答退化驗證了其正確性,并對解答進行了收斂性分析;討論了界面參數(shù)對固結(jié)性狀的影響;提出了界面參數(shù)的反演公式,并通過現(xiàn)有試驗進行了反演分析和驗證。(2)考慮荷載作用隨時間變化,建立了任意荷載連續(xù)排水邊界變荷載作用下單層地基一維固結(jié)方程,利用有限Fourier正弦變換方法,推導出了解析解。通過解答退化與已有解答對比和與數(shù)值計算結(jié)果對比,驗證了解答的正確性。分別討論了在四種變荷載(線性荷載、指數(shù)荷載、簡諧荷載和梯形周期循環(huán)荷載)作用下,界面參數(shù)和荷載參數(shù)對土體固結(jié)性狀的影響。最后利用邊界轉(zhuǎn)換法、Laplace變換、矩陣傳遞法及Laplace數(shù)值逆變換等半解析解方法,求解了任意荷載連續(xù)排水邊界成層地基一維固結(jié)問題,并采用解答退化與數(shù)值對比驗證了解答的正確性,討論了界面參數(shù)和荷載參數(shù)對成層地基固結(jié)性狀的影響。(3)考慮自重應力的影響,利用有限Fourier正弦變換方法,推導了連續(xù)排水邊界條件下單層地基一維固結(jié)問題的解析解,通過解答退化與已有解答對比和與數(shù)值計算結(jié)果對比,驗證了解答的正確性,分析了界面參數(shù)和自重應力系數(shù)對單層地基固結(jié)性狀的影響。建立了任意荷載連續(xù)排水邊界條件下考慮自重的成層地基一維固結(jié)方程,利用邊界轉(zhuǎn)換法、Laplace變換、矩陣傳遞法及Laplace數(shù)值逆變換等半解析解方法給出了解答,并做了對比驗證,討論了界面參數(shù)和自重應力系數(shù)對考慮自重的成層地基一維固結(jié)性狀的影響。(4)考慮軟土的結(jié)構性,利用成層地基的思想,給出了連續(xù)排水邊界條件下單層結(jié)構性軟土的一維固結(jié)問題的解析解,通過解答退化與已有解答對比和與數(shù)值計算結(jié)果對比,驗證了解答的正確性,討論了界面參數(shù)、土的結(jié)構性及屈服應力對固結(jié)性狀的影響。在此基礎上,利用成層地基的思想對連續(xù)排水邊界條件下成層結(jié)構性軟土地基固結(jié)問題進行了求解,并采用退化與數(shù)值對比驗證,最后討論了界面參數(shù)、滲透性及壓縮性對成層結(jié)構性軟土地基的固結(jié)性狀的影響。(5)將連續(xù)排水邊界條件應用到夾砂墊層軟土地基工程中,建立了連續(xù)排水邊界條件下考慮土體自重的單層地基中鋪設有水平排水砂墊層的一維固結(jié)方程,利用有限Fourier正弦變換方法和數(shù)值方法,給出了水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設位置的解答,分析了水平排水砂墊層鋪設位置與地基平均固結(jié)度的關系,并提供了不同界面參數(shù)的砂墊層最優(yōu)鋪設位置與時間關系的設計圖。在此基礎上,建立了成層地基中鋪設有水平排水砂墊層的一維固結(jié)方程,采用矩陣傳遞法和Laplace變換及其數(shù)值反演等半解析解方法,給出了成層地基中水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設位置的解答,驗證了解答的可靠性。討論了固結(jié)系數(shù)、土層厚度和滲透系數(shù)對水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設位置的影響,并通過算例分析了水平排水砂墊層鋪設位置對地基平均固結(jié)度的影響。
【學位單位】：廣西大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TU472
【部分圖文】：

八?ｍ＝ｌ??圖２．２為土體界面的排水流量與時間得關系，從圖中可以看到，在初始時刻土體界??面的流量趨近于無窮大，然后隨著時間變化逐漸降低。然而，這與實際邊界排水流量??先增加后降低的規(guī)律是矛盾的，同時可以看到邊界處孔壓與時間相關。??１０?Ｉ???８?－??６＇?＾，１ｉＳ１ｊＵ＝００??９?？??４??２Ｌ＿???０??１￣?■?＇?１?．１?－?■?１?１??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??％??圖２．２?土體界面排水流量與時間的關系??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｆｌｏｗ?ａｎｄ?ｔｉｍｅ?ｆａｃｔｏｒ?ａｔ?ｓｏｉｌ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??１９??

２．４．１問題描述及解答??連續(xù)排水邊界條件一維固結(jié)理論問題的解答梅國雄等［１７］己經(jīng)給出，為了便于分析??界面參數(shù)，本文將給出無量綱解析解答。其計算模型如圖２．４所示，基本假設和??ＴｅｒｚａｇｈＴｓ?—維固結(jié)理論相同，土體表面受到均勻分布的恒定荷載。??２２??

Ｆｉｇ．２．６?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｔｅｒｍｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｅｒｉｅｓ?ｏｎ?ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ?ｄｅｇｒｅｅ??２．５界面參數(shù)分析??圖２．７為連續(xù)排水邊界條件下的土體排水流量與Ｔｅｒｚａｇｈｉ解答的土體排水流量比較，??其中界面參數(shù)《＝；５＝１〇。從圖中可以看到，連續(xù)排水邊界下的界面流量在初始時刻為〇，??然后快速增加，達到峰值點后逐漸減小為〇，這與實際的土體排水相符；而傳統(tǒng)的??Ｔｅｒｚａｇｈｉ解答在初始時刻的排水流為無窮，顯然和實際不符。從土體排水流量角度驗證??了連續(xù)排水邊界條件更符合實際情況。??１０?｜?ｒ????＼?Ｔｅｒｚａｇｈｉ??８－?＼??１０?＾＝１０??／ｉ＇ＰｊＬ?＝°°?＼??＿６：，＾ＪＵ＝０?／Ｖ＼??Ｑ「?Ｉ??Ｉ??Ｉ??Ｉ?．?＾＾＾．．．．１????１０—５?１０４?１〇－３?１〇－２?１〇－＇?１０°?１０１??Ｔ，??圖２．７?ＴｅｒａａｇＷ解答的土體流量與連續(xù)排水邊界的土體流量對比??Ｆｉｇ．?２．７?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?Ｔｅｒｚａｇｈｉ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??土體中間排水通量等于零的平面為不排水對稱面，即茨／況＝０。由于５２？７／３Ｚ２＜０，??不排水對稱面為超靜孔隙水壓力最大值點。傳統(tǒng)邊界條件下，對于厚度為＃的單面排??水土層（即頂面透水
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本文編號：2882015