基于非线性渗流定律的软土一维固结理论研究

【摘要】：大量的室内试验和现场沉降观测资料均表明软粘土中的渗流会出现偏离达西定律的现象,然而目前现有的大多数固结理论均采用达西定律来描述土中的渗流,对基于非线性渗流(或称非达西渗流)定律的软土固结理论的研究目前并不多见,尤其是对考虑非达西渗流定律的成层地基非线性固结理论研究更为不足。鉴于此,本文分别基于Slepicka指数形式渗流定律和Hansbo所提出的非达西渗流模型采用有限差分法及半解析法对软土一维线性及非线性固结理论展开较系统深入的研究,详细的分析了考虑非达西渗流的软土一维固结性状。主要的研究内容和创新工作如下： 1.考虑实际中的变荷载,建立了考虑两种常用的非达西渗流模型的软土地基一维固结问题的控制方程,并分别采用有限差分法和半解析法对其进行数值求解。然后将两种方法计算的固结曲线进行对比,验证了两种数值计算结果的可靠性。在此基础上,详细分析了两种非达西渗流模型中的参数、土层厚度、荷载的大小以及加载速率等对非达西渗流模型下软土地基一维固结性状的影响。2.考虑实际中的变荷载及天然地基的成层性,对考虑两种常用的非达西渗流模型的成层地基一维固结问题展开了系统的研究。首先对考虑两种非达西渗流模型的双层地基 一维线性固结采用有限差分法进行求解,而对考虑两种非达西渗流模型的多层地基一维线性固结则采用半解析方法进行求解。然后将两种方法得到的双层地基固结曲线进行对比,验证了计算结果的可靠性。进而详细地分析讨论了两种非达西渗流模型中的参数、荷载大小、土层厚度、双层地基上、下土层相对压缩性、相对渗透性以及相对厚度对双层地基固结性状的影响,并给出了考虑两种常用的非达西渗流模型的多层地基一维固结计算实例。 3.考虑实际中的变荷载及自重应力沿深度的不同分布形式,引入经典的土体孔隙比与渗透系数、土体孔隙比与有效应力之间的非线性关系,对考虑两种常用的非达西渗流模型的软土地基一维非线性固结问题分别采用差分法和半解析法进行求解。将两种方法得到的固结曲线进行对比,验证了数值计算的可靠性。在此基础上,系统地分析了两种非达西渗流模型中的参数、压缩指数和渗透指数的比值、荷载大小、土层厚度、自重应力的分布形式对软土地基一维非线性固结性状的影响。