岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (S1): 203-212.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0307

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

分段循环荷载作用下非饱和土轴对称固结特性研究

汪磊1,张立婷1,沈思东1,徐永福2,夏小和2   

  1. 1. 上海工程技术大学 城市轨道交通学院,上海 201620;2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240
  • 收稿日期:2021-03-03 修回日期:2022-04-11 出版日期:2022-06-30 发布日期:2022-07-13
  • 作者简介:汪磊,男,1985年生,博士,副教授,主要从事土的固结理论研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年科学基金项目(No.12172211);国家重点研发计划(No.2019YFC1509800)。

Axisymmetric consolidation characteristics for unsaturated soils under piece-wise cyclic load

WANG Lei1, ZHANG Li-ting1, SHEN Si-dong1, XU Yong-fu2, XIA Xiao-he2   

  1. 1. School of Urban Railway Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China; 2. School of Naval Architecture and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China
  • Received:2021-03-03 Revised:2022-04-11 Online:2022-06-30 Published:2022-07-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(12172211) and the National Key Research & Development Program of China (2019YFC1509800).

摘要: 基于Fredlund等提出的非饱和土轴对称固结理论,采用傅里叶级数展开法和拉普拉斯变换法提出了等应变条件下分段循环荷载作用下同时考虑径向(r方向)和竖向(z方向)渗透的非饱和土轴对称固结半解析解。基于等应变假设和径向边界条件,给出了等应变条件下的超孔隙气压力ua和超孔隙水压力uw的控制方程。然后利用级数展开与Laplace变换求解并给出了超孔隙压力及平均固结度的半解析解。此外,通过退化法以及有限差分法验证了所提解和相应结果的正确性。引入3种具体的分段循环荷载,研究了渗透系数之比ka/kw模型尺寸N和荷载特征参数a对非饱和土轴对称固结特性的影响,所得结论更加符合实际,可为非饱和土地基处理提供理论指导。

关键词: 非饱和土, 轴对称固结, 等应变假设, 分段循环荷载, 半解析解

Abstract:

Based on the consolidation theory of unsaturated soils proposed by Fredlund and his co-workers (1984), by using Fourier series expansion and Laplace transform technique, semi-analytical solutions are proposed for the axisymmetric consolidation of the unsaturated foundation under the piece-wise cyclic load with the equal strain hypothesis in this paper. Firstly, based on the radial boundary conditions and equal strain hypothesis, the governing equations of axisymmetric unsaturated soil consolidation under piece-wise cyclic load are established. Afterward, the governing equations are solved by applying series expansion and Laplace transform, and the semi-analytical solutions of excess pore-air and pore-water pressures and the average degree of consolidation are given. Then, the correctness of the solutions and their results is verified by the degradation method and finite difference method. Finally, three specific segmental cyclic loads are introduced as the typical cases, the consolidation properties of unsaturated soil ground with the change of permeability coefficient ratio (ka /kw), model size (N), and load characteristic parameter (a) are analyzed. The conclusions drawn in this paper can give a strong theoretical support for the treatment of unsaturated soil ground.

Key words: unsaturated soils, axisymmetric consolidation, equal strain hypothesis, piece-wise cyclic loading, semi-analytical solution

中图分类号: 

  • TU411
[1] 秦爱芳, 孟红苹, 江良华. 电渗−堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 97-106.
[2] 曾立峰, 邵龙潭, 郭晓霞, . 土中有效应力概念的起源与发展[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 127-144.
[3] 翟张辉, 张亚国, 李同录, 肖书雄, . 考虑边界效应的非饱和土圆柱孔扩张问题解析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 301-311.
[4] 王智超, 罗磊, 田英辉, 张春会, . 非饱和压实土率敏性及蠕变时效特征试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1816-1824.
[5] 王海曼, 倪万魁, 刘魁, . 延安压实黄土土−水特征曲线的快速预测方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(7): 1845-1853.
[6] 高游, 李泽, 孙德安, 于海浩, 陈波, . 考虑初始孔隙比影响的单/双峰土−水特征曲线 模型研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1441-1452.
[7] 仉文岗, 顾鑫, 刘汉龙, 张青, 王林, 王鲁琦, . 基于贝叶斯更新的非饱和土坡参数概率 反演及变形预测[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1112-1122.
[8] 舒进辉, 马强, 周凤玺, 李强, . 非饱和土地基中P1波通过波阻板的传播特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1135-1146.
[9] 李镜培, 刘耕云, 周攀, . 基于相似性原理超固结土不排水扩张半解析解[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 582-590.
[10] 朱悦璐, 陈磊, . 基于最小作用原理的Richards方程变分解[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 119-126.
[11] 刘丽, 吴羊, 李旭, 赵煜鑫, . 压实度对宽级配土水力特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2545-2555.
[12] 刘樟荣, 叶为民, 崔玉军, 朱合华, 王琼, 陈永贵, . 基于微孔填充和毛细管凝聚理论的持水曲线模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1549-1556.
[13] 秦爱芳, 江良华, 许薇芳, 梅国雄, . 连续渗透边界下非饱和土竖井地基固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1345-1354.
[14] 凌道盛, 赵天浩, 钮家军, 朱松, 单振东, . 混合非齐次边界下非饱和土一维固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 883-891.
[15] 王立安, 张家玮, 李奎奎, 刘生纬, . 饱和-非饱和土双层地基在振动压路机 作用下的振动响应[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3182-3190.
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] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .