岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 1065-1073.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0478

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水位变化下可压缩土层的黏弹性耦合变形分析

徐进,王少伟,杨伟涛   

  1. 烟台大学 土木工程学院,山东 烟台 264005
  • 收稿日期:2019-03-11 修回日期:2019-07-31 出版日期:2020-03-11 发布日期:2020-05-26
  • 作者简介:徐进,男,1982年生,博士,副教授。主要从事岩土工程数值计算方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.41602284)

Analysis of coupled viscoelastic deformation of soil layer with compressible constituent due to groundwater level variation

XU Jin, WANG Shao-wei, YANG Wei-tao   

  1. School of Civil Engineering, Yantai University, Yantai, Shandong 264005, China
  • Received:2019-03-11 Revised:2019-07-31 Online:2020-03-11 Published:2020-05-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41602284).

摘要: 地下水开采等人类工程活动会引起地下水位变化,从而导致地面沉降问题。地面沉降具有土层变形长期发展的特点,土体的蠕变性是导致这一现象的重要原因之一。为此,针对基于Biot理论的地面沉降耦合模型,利用半解析数值原理和黏弹性流变理论,推导了可压缩土层黏弹性耦合变形的求解格式,该计算方法无需数值积分,且具有很好的解耦并行性。在此基础上,编制了FORTRAN计算程序,通过与已有解答的对比验证,说明了方法及程序的合理性,计算结果可以正确反映土体黏滞性所导致的变形滞后效应。通过数值算例,进一步探讨了渗透性、孔隙流体可压缩性和土体黏滞性等因素对土层长期变形的影响规律。

关键词: 地下水位变化, 地面沉降, 半解析数值法, 黏弹性, 流变模型

Abstract: Groundwater withdrawal can cause reduction of hydraulic level in pumped aquifers and result in land subsidence. One of distinguishing features of land subsidence is the long-term accompanying deformation of soil layer, resulting from rheological characteristics of soil. In this study, an approach for land subsidence evaluation is presented based on Biot’s consolidation theory. By using semi-analytical numerical principle and viscoelastic rheological theory, the numerical scheme for coupled deformation of soil layer is derived. In the scheme, the compressible pore constituent and viscoelastic characteristics of soil skeleton can be taken into account. The proposed method does not involve numerical integrations and is naturally appropriate for decoupled parallel computing. A FORTRAN computer program is developed for the land subsidence analysis based on the above numerical scheme. After rheological models are adopted, the validities of the present method and computer program are verified by comparing the present results with the existing solutions. It can be shown that the proposed numerical results can accurately reflect the lag effect of deformation due to viscosity of soil layers. Moreover, more numerical example experiments have been conducted to investigate the influences of soil layer permeability, compressibility of pore fluid and viscosity of skeleton on long-term deformation.

Key words: groundwater level variation, land subsidence, semi-analytical numerical method, viscoelastic characteristics, rheological model

中图分类号: 

  • P 642
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