岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (5): 1465-1473.doi: 10.16285/j.rsm.2019.0649

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的 一维饱和土热固结特性研究

孙德安1，薛垚1，汪磊2, 3   

  1. 1. 上海大学 土木工程系，上海 200444；2. 上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 201620； 3. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240
  • 收稿日期:2019-04-28 修回日期:2019-10-17 出版日期:2020-05-11 发布日期:2020-07-07
  • 通讯作者: 汪磊，男，1985年生，博士，副教授，主要从事土力学方面的研究工作。E-mail: wanglei_sjtu@sjtu.edu.cn E-mail:sundean@shu.edu.cn
  • 作者简介:孙德安，男，1962年生，博士，教授，主要从事土力学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 11672172，No. 41630633，No. 41807232），中国博士后基金项目面上资助（No. 2018M640389）

Analysis of one-dimensional thermal consolidation of saturated soil considering heat conduction of semi-permeable drainage boundary under varying loading

SUN De-an1, XUE Yao1, WANG Lei2, 3   

  1. 1. Department of Civil Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China; 2. School of Urban Railway Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China; 3. School of Naval Architecture and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
  • Received:2019-04-28 Revised:2019-10-17 Online:2020-05-11 Published:2020-07-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (11672172, 41630633, 41807232) and the National Postdoctoral Foundation of China(2018M640389).

PDF (Chinese)

343

PDF (English)

13

摘要： 为了研究温度变化对一维饱和土固结特性的影响，基于渗流方程和热传导方程，考虑了顶面边界的半透水性和热传导性，提出了变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的一维饱和土热固结的半解析解，并分析了其固结特性。首先，引入Laplace变换分别求解了半透水边界条件下热力耦合模型和非热力耦合模型的一维饱和土热固结方程，推出了有效应力、温差和沉降的半解析解；其次，通过Crump方法进行Laplace数值反演，得到时间域内的解析解；然后，将所提解分别退化为单边排水条件下的一维饱和土热固结和Terzaghi一维固结的半解析解，结果与已有文献相同，验证了所推导解的可靠性；最后，通过算例分析了各外荷载作用下半透水边界参数、温度增量、热扩散系数和固结系数对热固结特性的影响。结果表明，半透水边界参数、热扩散系数、固结系数和温度增量对饱和土一维固结特性影响显著。

关键词: 饱和土, 半透水边界, 热固结, 热力耦合, Laplace变换

Abstract: In order to study the influence of the temperature change on the consolidation for saturated soils, this paper presents a semi-analytical solution to the one-dimensional thermal consolidation equations considering the heat conduction of the semi-permeable drainage boundary on basis of the seepage and heat transfer equations. The semi-analytical solutions of excess pore pressure, temperature difference and soil settlement are firstly derived by using the Laplace transform upon the one-dimensional thermal consolidation equations considering the coupled and uncoupled thermo-mechanical models, respectively. Then the analytical solutions for a given time domain are obtained by the Crump’s method. Verification is conducted by reducing the proposed solutions into those under the conditions of the single drainage boundary and the assumptions of Terzaghi’s consolidation, which shows that the proposed solutions are reliable and in good agreement with the existing solutions from literature. Finally, several examples are analyzed to investigate the effects of semi-permeable boundary parameters, thermal diffusion coefficient, consolidation coefficient and temperature increase on the consolidation process of saturated soils under varying loading. All results demonstrate that the consolidation behavior is significantly affected by the investigated parameters.

Key words: saturated soils, semi-permeable boundary, thermal consolidation, coupled thermo-mechanical model, Laplace transform

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 巴振宁, 刘世朋, 吴孟桃, 梁建文, . 饱和土中周期排列管桩对平面SV波 隔振的解析求解[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 627-637.
[2] 叶智刚, 王路君, 朱斌, 黄家晟, 徐文杰, 陈云敏, . 考虑热渗效应的高温管道−饱和地基相互作用研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 691-699.
[3] 李任融, 孔纲强, 杨庆, 孙广超. 流速对桩−筏基础中能量桩换热效率 与热力耦合特性影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 264-270.
[4] 宋朝阳, 赵成刚, 韦昌富, 马田田, . 非饱和土平均粒间应力的计算及应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2665-2674.
[5] 杨志浩, 岳祖润, 冯怀平, . 非饱和粉土路基内水分迁移规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2241-2251.
[6] 陈昊, 胡小荣. 非饱和土三剪强度准则及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2380-2388.
[7] 文伟, 赖远明, 尤哲敏, 李积锋, . 基于Pitzer离子模型的盐渍非饱和土孔隙 相对湿度计算[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1944-1952.
[8] 陶帅, 董毅, 韦昌富, . 环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2132-2142.
[9] 柳鸿博, 周凤玺, 岳国栋, 郝磊超. 非饱和土中热弹性波的传播特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1613-1624.
[10] 孙银磊, 汤连生, 刘洁, . 非饱和土微观结构与粒间吸力的研究进展[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1095-1122.
[11] 李潇旋, 李涛, 李舰, 张涛. 循环荷载下非饱和结构性黏土的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1153-1160.
[12] 李华, 李同录, 江睿君, 范江文. 基于滤纸法的非饱和渗透性曲线测试[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 895-904.
[13] 程涛, 晏克勤, 胡仁杰, 郑俊杰, 张欢, 陈合龙, 江志杰, 刘强, . 非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 453-460.
[14] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[15] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 马 亢，徐 进，吴赛钢，张爱辉. 公路隧道局部塌方洞段的围岩稳定性评价[J]. , 2009, 30(10): 2955 -2960 .
[5] 陈中学，汪 稔，胡明鉴，魏厚振，王新志. 云南东川蒋家沟泥石流形成内因初探[J]. , 2009, 30(10): 3053 -3056 .
[6] 吴 亮，钟冬望，卢文波. 空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析[J]. , 2009, 30(10): 3109 -3114 .
[7] 李少龙，张家发，张 伟，肖 利. 表层土渗透系数空间变异与随机模拟研究[J]. , 2009, 30(10): 3168 -3172 .
[8] 赵成刚，蔡国庆. 非饱和土广义有效应力原理[J]. , 2009, 30(11): 3232 -3236 .
[9] 刘小文，常立君，胡小荣. 非饱和红土基质吸力与含水率及密度关系试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3302 -3306 .
[10] 贾 强，张 鑫，应惠清. 桩基础托换开发地下空间不均匀沉降的数值分析[J]. , 2009, 30(11): 3500 -3504 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发