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《中国地质大学》 2002年
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渗流固结问题的数值分析及粘性土—砂井地基固结模拟

王旭升  
【摘要】:采用竖向排水体加快软土地基固结的排水预压法,是广泛应用于港口工程、房屋建筑以及道路建设中的地基加固技术。在这些竖向排水体中,砂井最为普遍,最具有代表性。砂井如何影响粘性土地基在预压排水过程中的变化,属于典型的渗流固结问题,对地基加固工程的设计和分析具有重要意义。粘性土-砂井地基的研究,涉及到渗流固结问题的一些基本课题,如粘性土渗流固结模型的建立和分析求解。数值法是解决这些课题的重要手段,采用数值模拟的办法分析粘性土-砂井地基固结行为,也越来越受到国内外学术界和工程界的重视。最近十几年,我国基础工程建设,特别是高速公路建设突飞猛进,粘性土-砂井地基的堆载预压、真空预压以及联合预压技术随之得到深入的实践和发展。然而,由于分析方法研究与推广的相对滞后,工程人员仍然没有摆脱主要依靠经验和传统解析法对砂井地基预压工程进行设计和分析的局面,遇到不少难以解决的问题,发展科学实用的工程计算方法,特别是数值模拟技术,就成为一种迫切的需求。然而,粘性土-砂井地基固结的模拟,存在诸多的困难,包括如何确定粘性土应力应变行为、渗透性的复杂特征、如何概化砂井地基模型、如何刻画砂井分布“细而密”的空间特征、如何处理预压条件等等。 在上述背景下,本文的研究目的就是对渗流固结基本课题进行深入、系统的数值分析,提炼出最新的认识,帮助解决粘性土-砂井地基固结的基础问题,同时,对现有的粘性土-砂井地基固结模型和数值计算方法进行整理和改进,使之更合理、更具有实用价值。 本文提出了单井固结新的理论模型,即一维双重介质模型,并得到在完整砂井条件下的解析解,该解析解为完整砂井等应变固结的普遍解。一维双重介质模型克服了现有单井固结理论将砂井周围土体简单划分为涂抹区和非涂抹区的缺点,适用于砂井周围土体渗透系数任意分布的情况,减少了单井固结分析的不确定性参数。更重要的是,该模型最大限度的降低了砂井地基模型的空间维数,却不失合理性。 利用一维双重介质模型,本文首次实现了砂井地基固结的一维有限差分模拟(自编模拟程序为SDDM),得到非完整砂井地基单井固结的固结度曲线。通过分析对比,证明现有的非完整砂井单井固结的各种近似计算公式都存在系统的误差。其中,国内方法和谢康和改进法计算结果偏大,Hart法计算结果在固结前期比较准确,在固结后期显著偏小,谢康和改进法的误差随着砂井贯入地基深度的减小而增大。 以一维双重介质模型为基础,本文对砂井“等效”处理为砂沟的数值模拟方法做出了改进。改进方法严格以渗流固结偏微分方程的等价性为等效原则,不人为加大竖向排水体的间距,适用于非完整砂井条件,只需要转换含砂井区土体水平渗透系数和砂沟的渗透系数两个参数。这些特点使改进方法比现有“等效”转换方法更严密,更能够反映实际砂井
【学位授予单位】:中国地质大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU472.3

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