岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (1): 135-142.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0923

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

变荷载下层状非饱和土地基全耦合固结特性研究

叶梓1, 2,艾智勇1, 2   

  1. 1. 同济大学 土木工程学院 地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092
  • 收稿日期:2020-05-06 修回日期:2020-09-23 出版日期:2021-01-11 发布日期:2021-01-06
  • 通讯作者: 艾智勇,男,1966年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土及地下工程方面的教学与研究工作。E-mail: zhiyongai@tongji.edu.cn E-mail:1710684@tongji.edu.cn
  • 作者简介:叶梓,男,1995年生,博士研究生,主要从事岩土及地下工程方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(No. 50578121,No. 41672275)

Fully-coupled consolidation characteristics of layered unsaturated soils subjected to varying loadings

YE Zi1, 2, AI Zhi-yong1, 2   

  1. 1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2020-05-06 Revised:2020-09-23 Online:2021-01-11 Published:2021-01-06
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (50578121, 41672275).

摘要: 非饱和土是地球表层土体一种常见的存在形式。与经典的饱和土Biot固结理论相比,非饱和土固结理论还亟待发展。基于Fredlund非饱和土双应力变量固结理论,放弃传统理论固结过程中骨架总应力不变的假设,推导出变荷载作用下非饱和土全耦合轴对称固结理论的控制方程组。通过Laplace-Hankel变换处理变量t和r,所得的控制方程被处理为常微分方程组;扩展的精细积分法将被进一步运用求解方程组以得到层状非饱和土地基在变换域内的固结解答,而最终的解答将通过Laplace-Hankel逆变换技术求得。将非饱和土地基退化为饱和土地基,与现有文献结果进行对比,验证所提方法结果的可靠性;最后,提供3个数值算例,以讨论加载时间T0、孔隙水关于净应力的体积变化系数 以及土体分层性对非饱和土固结特性的影响。

关键词: 层状非饱和模型, 全耦合, 变荷载, 固结特性, 精细积分法

Abstract: Soils are commonly existing in unsaturated condition on the earth’s surface. Compared with the classic Biot consolidation theory for saturated soils, the consolidation theory of unsaturated soils is still largely unexplored. Based on the Fredlund’s double stress variables consolidation theory of unsaturated soils, this paper derives the governing equations of axisymmetric fully-coupled consolidation of unsaturated soils under varying loadings, by removing the assumption that the total stress remains unchanged during the consolidation. With the aid of Laplace-Hankel transform, the governing equations are converted into ordinary differential equations by eliminate the variables r and t. The extended precise integration method is further applied to solve these equations and obtain solutions of layered unsaturated soils in the transformed domain. The actual solutions are acquired by the inverse Laplace-Hankel transform technique. The feasibility of the presented results is further verified by comparing with those of degenerated saturated soils in the existing literature. At last, three numerical examples are provided to investigate the influence of varying ramp time T0, varying coefficients of the water volume change due to the net normal stress and the stratification on the consolidation characteristics of unsaturated soils.

Key words: layered unsaturated model, fully-couple, varying loading, consolidation characteristics, precise integration method

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