非饱和土层一维固结问题的解析解

对一有限厚度,处于一维受荷状态,表面为透水透气面,底面为不透水不透气面的非饱和土层,依据Fredlund的非饱和土一维固结理论,由液相及气相的控制方程、Darcy定律及Fick定律,经Laplace变换及Cayley-Hamilton数学方法构造了顶面状态向量与任意深度处状态向量间的传递关系;通过引入初始及边界条件,得到了Laplace变换域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力以及土层沉降的解;实现Laplace逆变换,得到了时间域内的解析解;用一典型算例,与差分法结果进行对比,验证了其正确性．     

定荷载和双面排水条件下非饱和土一维固结的解析解

基于多孔介质弹性理论,结合粒间吸应力表示的有效应力原理,建立了非饱和土固结的耦合偏微分控制方程.考虑一维问题,采用Laplace积分变换,得到了定荷载和双面排水条件下非饱和土固结的解析解答.通过数值算例,分析了土体饱和度对超孔隙水压力、有效应力以及土层沉降的影响规律.结果表明,土体的初始饱和度越高,则孔隙水压力消散得越快,有效应力增加越快.     

有限土层轴对称Biot固结的一个新的解析解

提出一个新的解析方法来研究有限土层的轴对称Biot固结.从轴对称Biot固结的控制方程出发,结合Laplace变换的微分性质,建立了Laplace和Hankel变换域内有限土层地基表面(z=0)和任意深度z处基本变量之间的关系.然后结合有限土层的边界条件,推导出Laplace和Hankel变换域内任意一点的解析解.通过进行Laplace逆变换和Hankel逆变换得到了物理域内的解.编制了计算程序,并对有限土层轴对称固结进行了数值分析.     

考虑渗流压力梯度时低渗岩土固结控制方程的解析解

基于波动采油技术背景,对初始状态饱和渗流流体低渗岩土的固结控制方程进行了半解析求解。Laplace变换与迭代消去后的一维或径向模型固结控制方程为包含变参量的四阶常(变)系数非线性偏微分方程。通过流体位移解指数形式假设与微分高阶项消除,转换为关于替换系数的特征方程求解,最终得到关于Laplace变换域内的流体位移通解。Matlab编程与数值算例表明,考虑初始渗流压力梯度项时,弹性波作用下低渗孔隙介质的渗流物性变化幅度明显增大.     

考虑应力沿深度变化的饱和软黏土一维固结半解析解

针对饱和软黏土,结合引入弹壶元件改进的分数阶Kelvin模型,同时考虑土体内应力沿深度变化的特点,利用Laplace变换推导获得其一维固结半解析解.首先,通过与文献中的试验结果及文献中的理论结果对比,说明了该模型的有效性;其次,详细地分析了不同分数阶阶数、不同总应力比以及不同分级线性加载等因素对饱和软黏土固结沉降以及孔隙水压力的影响,再现了饱和软黏土的固结沉降机理,以期为工程实践提供相关的理论基础.     

渗透各向异性土层的平面应变固结

提出了一种有效的可供选择的分析方法,来研究渗透各向异性多孔弹性土层的平面应变固结问题.从饱和多孔弹性土体的控制方程出发,建立了在Laplace-Fourier变换域内,土层中地基表面(z=0)和深度z处基本变量之间的关系.结合边界条件,得到了变换域内渗透各向异性有限土层的平面应变Biot固结问题的精确解.通过Laplace-Fourier逆变换,得到了物理域内的真实解.平面应变Biot固结土层的数值分析结果显示:渗透各向异性对土层的固结行为,有比较显著的影响.     

直角坐标系下层状黏弹性地基Biot固结解析刚度矩阵解

基于直角坐标系下Biot固结的基本控制方程,并考虑软土土骨架的黏弹性特性,通过Fourier-Laplace积分变换、解耦变换、微分方程组理论和矩阵理论,推导了黏弹性地基Biot固结三维空间问题和平面应变问题在积分变换域的解析解,进而得到对应问题的单元刚度矩阵.然后根据对号入座原则组装得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题的总体刚度矩阵.通过求解总体刚度矩阵形成的线性代数方程,得到层状黏弹性地基Biot固结对应问题在积分变换域内的解答.最后应用Fourier-Laplace逆变换得到其物理域内的解.对比求解黏弹性Biot固结问题退化的弹性Biot固结问题与已有解答,验证了刚度矩阵计算方法的正确性,为层状黏弹性地基Biot固结问题提供了理论基础.     

非饱和膨胀土的结构损伤模型及其在土坡多场耦合分析中的应用

针对原状膨胀土对气候变化反映敏感的特点和其具有胀缩性、裂隙性、超固结性等力学特性,以非饱和土力学和损伤力学为基础,建立了一个非饱和膨胀土的弹塑性损伤本构模型及相应的固结模型．把原状膨胀土看成是由未损部分和损伤部分的复合体,未损部分用非饱和土的非线性本构关系描述,损伤部分用损伤演化方程和两个屈服面（即,加载屈服面和剪切屈服面）描述．其中的损伤演化方程包括加载引起的损伤和干湿循环引起的损伤两个方面,用作者研制的CT-三轴试验确定．设计了相应的有限元程序UESEPDC;对非饱和膨胀土边坡进行了三相多场耦合问题的数值分析．分析分为4个阶段,得到了边坡在每一分析阶段的应力场、位移场、孔隙水压力场、孔隙气压力场、含水量场、基质吸力场、结构损伤演化场和塑性区扩展的动态图,较好地揭示了膨胀土边坡在开挖和气候变化条件下逐渐发生失稳滑动的现象及其机理．     

非饱和黄土中椭球形扩孔问题弹塑性解析

在非饱和土统一强度准则中引入非饱和原状黄土黏聚力与基质吸力拟合公式,采用改变孔型系数k的方法并结合边界条件、平衡方程及应力协调方程,推导了排水与不排水条件下椭球形扩孔在ξ平面内的弹性区与塑性区应力-应变场、塑性区半径及极限扩孔压力的解析解,并利用MATLAB软件分析了基质吸力、强度准则和剪胀对解析解的影响.结果表明:不同排水条件下非饱和黄土有效应力均随孔型系数k及基质吸力的增大而增大;当参数r/r_p一定时,在排水条件下,有效应变随剪胀系数h及基质吸力的增大而增大,且后者的影响程度更大;在同等条件下,b=1时双剪应力强度准则下的有效应力-应变均大于b=0时的Mohr-Coulomb强度准则.     

真空预压砂井地基固结分析的半解析方法

本文结合连云港碱厂饱水软基砂井排水-真空预压时的固结分析,提出按理论解近似计算超静孔隙压力、用数值方法求解位移的半解析方法。它考虑了砂井地基固结的三向性、土的粘弹性及群井对地基变形的共同影响。应用于实际工程计算时简单方便,费用省、适用性强。理论计算结果与现场实测资料相当吻合,表明该方法是正确和有效的。     

非饱和土固结的混合物理论（Ⅰ）

非饱和土是由土粒、水、气组成的三相介质，本以混合物理论为基础研究了非饱和土的固结问题。中导出了各向异性多孔介质及非饱和土 的有效应力的理论公式，把有效应力原理和Curie对称原理作为非饱和土的两个重要的本构原理，建立了非饱和 土固结的数学模型：由25个方程求解25个未知量。在增量线性化的情况下，本模型简化为5个控制方程求解5个未知量：3个固相位移、孔隙水压力和孔隙气压力。模型中包含7个材料参数，都可由试验测定，便于工程应用，Biot理论是本模型的特例。     

非饱和土的非线性固结模型和弹塑性固结模型及其应用

把作者最近提出的非饱和土的增量非线性本构模型及由作者改进的Alonso等人提出的非饱和土弹塑性模型引入陈正汉建立的非饱和土的固结理论,得到非饱和土的非线性固结模型和弹塑性固结模型,设计了有关程序,求解了地基在分级加载条件下的固结过程和塑性区的动态扩展,从而把非饱和土固结问题的研究推到了一个新水平。     

结构—饱和土壤相互作用的固结有限元分析

讨论了结构与饱和土壤相互作用的固结分析问题.对于结构利用多重子结构分析技术实现向饱和土交界面上的凝聚.从而建立了结构与饱和土壤相互作用的固结控制方程.文中给出了问题求解的一次性算法方案,采取压力主从关系的手段处理边界上的不排水条件.文末给出数值算例.本文工作为大型结构与土体相互作用固结分析研究工作的深入创造了条件.     

Analytical solution of coupled soil erosion and consolidation equations by asymptotic expansion approach

In this work, one-dimensional approximation of internal erosion taking place in a soil made from sand and clay mixture was considered. The clay phase that is susceptible to experience erosion under water flow discharge was assumed to be small. A new erosion law fixing the initiation threshold of erosion and integrating the effect of soil consolidation on internal erosion was proposed. Conversely, the effect of erosion on elastic soil deformation was also integrated through damage mechanics concepts. Asymptotic expansion of the coupled equations in terms of a perturbation parameter linked to the total amount of internal erosion that is likely to occur has been performed. This has enabled to view the internal erosion phenomenon occurring inside the soil as a perturbation affecting the classical soil consolidation equation, and further to evaluate the critical discharge gradient for which internal erosion starts. Equations at order zero that are provided by the asymptotic expansion were exactly integrated while an adequate finite difference scheme was introduced to solve the equations at order one. A parametric study was conducted after that in order to assess effects of the main factors on internal erosion and soil deformation.     

Uncertainty analysis of transport of water and pesticide in an unsaturated layered soil profile using fuzzy set theory

Incomplete information is notoriously common in planning soil and groundwater remediation. For making decisions groundwater flow and transport models are commonly used. However, uncertainty in prediction arises due to imprecise information on flow and transport parameters like saturated/unsaturated hydraulic conductivity, water retention curve parameters, precipitation and evapo-transpiration rates as well as factors governing the fate of pollutant in soil like dispersion, diffusion, degradation and chemical transformation. Different methods exist for quantifying uncertainty, e.g. first and second order Taylor’s Series and Monte-Carlo method. In this paper, a methodology based on fuzzy set theory is presented to express imprecision of input data, in terms of fuzzy number, to quantify the uncertainty in prediction. The application of the fuzzy set theory is demonstrated through pesticide (endosulfan) transport in an unsaturated layered soil profile. The governing partial differential equation along with fuzzy inputs, results in a non-linear optimization problem. The solution gives complete membership functions for flow (suction head) and pesticide concentration in soil column.     

圆柱土样Biot固结模型的Green函数及其土体体积应变规律

通过建立横观各向同性圆柱土样轴对称Biot固结问题的Green·函数,得到了用Green函数表示的径向位移分布表达式和相应的空隙水压力的精确解析解.该方法不仅避免了将问题的解分解为弹性静力学解和渗流拟动态解的叠加的过程和复杂的积分变换,而且问题的级数解形式简洁,收敛速度较快,便于数值计算和圆柱土样的全场渗流固结规律的分析.最后以此结果具体分析了Mandel-Cryer效应在圆柱土样不同位置的强弱程度和土的泊松比对Mandel-Cryer效应的影响,表明本文方法的正确性.     

Fundamental solutions in the linear theory of consolidation for elastic solids with double porosity

This paper concerns the theory of consolidation for elastic solids with double porosity, and the governing fully coupled linear quasi-static equations are considered. The system of these equations is based on the equilibrium equations for a solid, conservation of fluid mass, the effective stress concept, and Darcy’s law for material with double porosity. Two levels of spatial cases of consolidation theory for a solid with double porosity are considered: equations of steady vibrations and equations of equilibrium. The fundamental solutions of these equations are constructed by means of elementary functions. Finally, the basic properties of these solutions are established.