考虑在地基固结和流变的上部结构和地基基础的共同作用问题

本文提出一种能同时考虑地基的瞬时变形,团结变形和流变的地基基础与上部结构共同作用的一种新的计算方法,在这种方法中,土的计算考虑了Biot固结理论和流变,上部结构利用子结构法进行凝聚可得边界刚度矩阵和边界力,利用位移协讯条件则可以得到共同作用的控制方程,对上述方程进行Laplace变换,可以得到Laplace变换域内的控制方程,在Laplace变换域内对上述方程进行数值求解并进行相应的Laplace逆变换则可以得到时间境内任意时刻的解。     

一维大应变固结理论的一类解析解

简述了一维固结理论的发展，研究了不同描述方法下固结系数的定义，运用变换群的方法求得了某些条件下一维大应变固结方程的完整解析解答，在此基础上与相同条件下的小应变固结理论作了比较，并通过对实例的计算，分析了不同假设条件下一维固结理论之间的差异．计算结果表明，在固结过程中，由大应变固结理论所得出的沉降量要大于由小应变理论所得出的沉降量，而两种固结理论所得出的最终沉降量相同．     

固结系数的空间变异性对一维固结的影响分析

采用空间均值的方差的两种算法分析了自相关距离对固结系数的变异性的影响。结果表明,随着自相关距离的增大,固结系数的变异性增大。分析了不同土层的固结系数的不同,变异性对一维平均固结度的影响是不同的。结果表明分析一维固结,应视土层情况和工程性质考虑是否用随机场来模拟土的固结。     

用DQM求解成层地基一维非线性固结问题

由于多层地基的一维非线性固结问题求解的复杂性，其解析解很难求得。本文基于Davis和Raymond一维非线性固结理论，利用DQM(Differential Quadrature Method)导了初始有效应力沿深度变化、任意边界条件、任意荷载作用下成层地基一维非线性固结的统一表达式，求得了孔压、有效应力和平均固结度的解答。通过解的收敛性分析讨论了DQM解的有效性。由于DQM解对于固结间题各种复杂条件具有统一的矩阵表达式，更便于编程计算和工程应用。最后，用本文解答对三层地基一维非线性固结问题进行了讨论。     

近似平衡多项式加速度动力显式算法

利用已知初始时刻的信息，建立一种可以取到任意阶高精度的多项式加速度单步隐式算法。在该隐式方法中，待采解方程纽系数矩阵中质量阵的系数远远大于阻尼阵和剐度阵的系数，略去非对角阻尼阵和非对角刚度阵对方程组的影响，得到一种近似平衡多项式加速度动力显式计算方法。此方法的精度主要由加速度多项式插值的项数、步长、质量阵的每件数、质量刚度比（质量阵和刚度阵的范数之比）决定。在此基础上给出了这种算法的通式，进行了精度分析，结果表明：如果时间步长h足够短，n次加速度近似平衡动力显式算法的精度可以达到O（hn＋1）。算例采用5次加速度近似平衡显式算法，计算结果的精确性证明了本算法的可行性。     

平面应变 Biot 固结的解析层元

提出用解析层元法有效地解决任意深度单层土的平面应变 Biot 固结问题. 从 Biot 固结问题的控制方程出发, 采用特征值法在 Laplace-Fourier 变换域内推导出一个精确对称的解析层元刚度矩阵. 通过表示单层土广义力和广义位移之间关系的解析层元, 并结合土层的边界条件, 推导出土层任意点的解答; 物理域内的真实解可以通过 Laplace-Fourier 数值逆变换进一步获得. 通过数值计算验证理论的正确性, 研究了土层性质及时间因素对固结的影响.}      

ANALYTICAL LAYER-ELEMENT OF PLANE STRAIN BIOT＇S CONSOLIDATION

提出用解析层元法有效地解决任意深度单层土的平面应变Biot固结问题．从Biot固结问题的控制方程出发,采用特征值法在Laplace—Fourier变换域内推导出一个精确对称的解析层元刚度矩阵．通过表示单层士广义力和广义位移之间关系的解析层元,并结合土层的边界条件,推导出土层任意点的解答;物理域内的真实解可以通过Laplace—Fourier数值逆变换进一步获得．通过数值计算验证理论的正确性,研究了土层性质及时间因素对固结的影响．     

任意回转面上,可压缩轴流式叶栅损失的理论计算方法

本文提供了在任意回转面上,用叶栅出气边上边界层特征参势表示的可压缩流动轴流式叶栅形面动能损失系数,形面摩擦系数,包含叶栅下游掺混损失在内的总的动能损失系数以及尾迹掺混损失系数的理论计算方法。本文的第一部分推导了上述各种损失系数的数学表达式。第二部分推导了任意回转面上回转叶栅包含离心力影响在内的可压缩索流边界层的冲量积分方程以及通过Mangler变换所得到的轴对称旋成体表面紊流边界层的冲量积分方程,并发现了两者之间流动的相似性。通过这两类边界层流动相似的比拟方法,找到了它们之间解的变换关系。第三部分详细地叙述了一个平面可压缩紊流边界层解的方法和具体的计算步骤。最后通过manglers以及上述的变换关系可以得到任意回转面上,可压缩回转叶栅紊流边界层特征参数以及上述各种损失系数的计算方法。      

Lattice-Boltzmann方法在求解钝体绕流非定常尾迹中的应用

应用Lattice- Boltzmann方法计算了水平通道内方柱绕流,分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构和发展过程,得到了合理的结果;并进一步对Re=100时的圆柱绕流进行了计算,计算得到的升力系数、脱落频率、圆柱表面的压力系数的分布与他人的计算比较吻合。     

循环荷载作用下考虑Hansbo渗流的饱和黏土固结分析

针对传统一维Terzaghi固结理论的局限性,本文引入了考虑时间效应的UH (unified hardening)本构模型,将Hansbo渗流模型耦合到UH本构模型固结方程中,建立了几种典型循环荷载作用下基于UH模型和考虑Hansbo渗流模型的固结方程。采用FlexPDE软件进行了数值分析,将计算结果与已有文献结果对比,验证了该算法的可靠性。在此基础上,研究了饱和黏土在几种典型循环荷载作用下的渗流固结特性,分析了各模型参数对饱和黏土固结特性的影响。结果表明:在循环荷载作用下,地基的平均固结度、沉降量等始终处于循环状态;Hansbo渗流模型参数对平均固结度的影响相对于Darcy渗流参数影响程度较大,其中UH模型中次固结系数对固结过程影响程度较大。另外,Hansbo渗流参数及土的回弹指数和渗透指数等对固结过程的影响主要体现在中期,固结过程后期将处于稳定循环状态。     

岩土介质非稳态热固结耦合问题的热源函数法

考虑耦合效应的饱和土体热固结问题控制方程,利用Fourier变换、Laplace变换给出其在变换域上的解,将初始温度场分布视为虚拟的热源或者将热源等价为特定的初始温度分布,利用热源函数法给出瞬时线热源非稳态温度场、应力场和位移场的解析求解方法,通过在时间域和空间域上进行积分,给出有初始温度场分布以及有分布内热源存在且热源强度随时间变化条件下的热固结问题计算方法。对一无限大物体内存在有平面矩形域热源情况下周围介质的温度、孔隙水压力以及位移等的变化特征进行分析。研究表明,热源函数法可有效地求解一系列复杂情况下的热固结问题。     

单向压缩状态下上海地区软土的蠕变变形与次固结特 性研究

基于上海地区原状软土的一维固结试验,讨论了在不同加荷比、加荷速率及超载预压情况下软土的蠕变变形特性和次固结特性。试验结果表明:蠕变变形随应力水平、加荷速率的增大而增大。相同应力水平下,加荷比较大的土样蠕变变形较小。蠕变变形为非线性,随着应力水平的增加,蠕变变形从粘弹性到粘塑性转变,加荷比较大时,这种转变更明显。对试验结果进行曲线拟和,确定Metchell一维经验模型参数,拟和曲线与试验结果吻合较好。通过对次固结阶段试验数据的线性拟合可知,对于正常固结土,次固结系数Ca值受应力水平和加荷比的影响不大,而与加荷速率密切相关,加荷速率较大时,Ca值随荷载的增大急剧增大后略有降低。超载预压可有效减小次固结系数,从而有利于减小工后次固结沉降。     

3D contaminant migration model with consolidation dependent transport coefficients

Soil consolidation would induce variations of its transport coefficients such as hydraulic conductivity and diffusion coefficient. This paper presents a study of the influence of barrier consolidation on transport coefficients, and a 3D transport model based on mixture theory is proposed for describing the liners that involve circular defects in the geomembrane. The elastoplastic ALPHA model is revised by using the spatially mobilized plane (SMP) criterion for simulating the deformation of the soils. Then, the 3D model coupling the nonlinear consolidation and contaminant advection-diffusion is solved using the finite element software ABAQUS. The results show that the importance of reducing the defect size in the geomembrane and the liner porosity to control the contaminant concentration increase.     

Rheological influences on the consolidation process of soils

Summary Consolidation of soils occurs when the imposed loading produces strains accompanied by the slow escape of pore-water from the voids between the particles. This straining is accompanied by rolling and sliding of the particles into a more dense packing.Terzaghi realized that the plastic resistance to deformation, in the case of clay consolidation, was so small that the consolidation process could be considered as a hydrodynamic problem; in this way, he used simplifying assumptions which led to the development of a time-settlement relationship for clays based entirely on the escape of pore-water; this is a linear equation.Consolidation theory gives a unique stress-strain-time relationship — provided that the strains are not sufficiently large to overcome the shear strength of the soil, with the consequence that rheological considerations govern the deformation process.In the case of soft soils, especially organic soils, the volume of water expelled during consolidation is very large and the shear strength of the soils small. The experimental results indicated that, at low stresses, the strain rates were low indicating plastic deformation of the material with the process governed by the hydrodynamic theory — while at higher stresses, the strain rates increased causing the soil to flow in viscous form and the rheological behaviour predominated over the hydrodynamic process.A further complication to theTerzaghi theory arises with soft soils having high water contents; during the consolidation process, the permeability is reduced as the particles assume a more dense packing.A Flow-Loading parameter was obtained for the soils which incorporated the changes in permeability as a function of loading. This parameter was incorporated in the consolidation theory and provided a non-linear second-order differential equation which can predict the settlement-time behaviour as a function of both loading and changing soil properties.With 6 figures     

层状分数阶黏弹性饱和地基与梁共同作用的时效研究

饱和地基与梁共同作用问题的研究在力学领域及工程界都具有重要意义. 采用分数阶Merchant模型研究饱和地基的流变固结, 该模型比常用整数阶黏弹性模型更能精确反映地基的时变特征. 基于层状正交各向异性黏弹性饱和地基的固结解答, 采用有限元法与边界元法耦合的方法, 研究梁与分数阶黏弹性饱和地基的共同作用问题. 依据Timoshenko梁理论将梁离散为若干单元, 进而得到梁的总刚度矩阵方程; 将黏弹性地基固结问题的精细积分解答作为边界积分的核函数, 采用边界元法建立地基柔度矩阵方程; 结合梁与地基接触面的位移协调条件以及力的平衡条件, 通过有限元法与边界元法的耦合, 最终求得层状分数阶黏弹性饱和地基与Timoshenko梁共同作用的解答. 将本文地基退化为Kelvin地基进行计算, 并与已有文献中的算例进行对比, 二者具有很好的一致性. 在此基础上, 探讨分数阶次和地基成层性对梁与黏弹性饱和地基共同作用的影响. 结果表明: 分数阶次高的黏弹性饱和地基的固结速率明显更快; 对于层状地基, 加固表层土体能有效控制地基整体沉降, 并减小差异沉降. 实际工程中, 应充分考虑饱和地基流变及土体分层性的影响, 以准确分析梁与地基的共同作用过程.      

Semi-analytical solutions to one-dimensional consolidation for unsaturated soils with semi-permeable drainage boundary

The semi-analytical solutions to Fredlund and Hasan's one-dimensional(1 D)consolidation for unsaturated soils with a semi-permeable drainage boundary are presented. Two variables are introduced to transform the two coupled governing equations of pore-water and pore-air pressures into an equivalent set of partial differential equations(PDFs), which are easily solved by the Laplace transform method. Then, the pore-water pressure, pore-air pressure, and soil settlement are obtained in the Laplace domain. The Crump method is adopted to perform the inverse Laplace transform in order to obtain the semi-analytical solutions in the time domain. It is shown that the proposed solutions are more applicable to various types of boundary conditions and agree well with the existing solutions from the literature. Several numerical examples are provided to investigate the consolidation behavior of an unsaturated single-layer soil with single, double, mixed, and semi-permeable drainage boundaries. The changes in the pore-air and pore-water pressures and the soil settlement with the time factor at different values of the semi-permeable drainage boundary parameters are illustrated. In addition, parametric studies are conducted on the pore-air and pore-water pressures at different ratios(the air permeability coefficient to the water permeability coefficient) and depths.     

强夯加固机理的非线性动态冲击显式有限元数值分析

根据强夯的特点,采用同时考虑几何非线性、材料非线性、状态非线性,并且考虑瞬态大变形的非线性动态显式有限元,分析了强夯对地基土的冲击碰撞过程。该方法克服了以往有限元计算强夯动力问题时需再引入其他的简化假定的已知量,能较实际地反映强夯加固的动力特性。通过对工程实例计算研究,取得了令人满意的效果。