岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 1503-1512.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1603

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

连续排水边界下考虑变荷载的软土一维 非线性固结分析

吴思思,罗文强,李寅灿,崔伟健,王硕   

  1. 中国地质大学 数学与物理学院,湖北 武汉 430074
  • 收稿日期:2021-09-21 修回日期:2022-03-16 出版日期:2022-06-21 发布日期:2022-06-30
  • 通讯作者: 罗文强,男,1963年生,博士,教授,主要从事数学与工程应用方面的研究工作。E-mail: wqluo@cug.edu.cn E-mail:wsisi_hx@163.com
  • 作者简介:吴思思,女,1993年生,硕士研究生,主要从事应用数学方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.42090055,No.41972289)

Analysis of one-dimensional nonlinear consolidation of soft soil considering time-dependent loading with continuous drainage boundary

WU Si-si, LUO Wen-qiang, LI Yin-can, CUI Wei-jian, WANG Shuo   

  1. School of Mathematics and Physics, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China
  • Received:2021-09-21 Revised:2022-03-16 Online:2022-06-21 Published:2022-06-30
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42090055, 41972289).

摘要: 土体往往具有非线性压缩特性,不同压缩特性下土体的固结规律存在差异。综合考虑土体非线性特性、变荷载作用以及连续排水边界条件建立了一维固结方程。采用无条件稳定的有限差分法和半解析法对固结方程进行了求解,两种解答方法的可靠性通过连续排水边界条件退化以及两种解答结果对比得到验证。在有限差分法解答的基础上,详细分析了界面参数、荷载参数以及非线性参数对土体固结的影响。结果表明:连续排水边界的界面参数取值越大,则超静孔隙水消散速率及土体沉降速率越大,但界面参数取值对最终沉降量没有影响;超静孔隙水压力在加载阶段逐渐增大,在恒载阶段逐渐消散;加载速率越大,则超静孔隙水压力峰值越大,并且土体固结速率越快,说明延长施工周期有利于降低超静孔隙水压力的影响;工程中要准确预测土体固结速率绝非易事,采用固结理论预测时需保证土体模型、边界条件以及土体计算参数等因素的准确性。

关键词: 一维固结, 非线性特性, 连续排水边界, 变荷载, 界面参数

Abstract: Soil tends to have nonlinear compression characteristics, and the consolidation laws of soil are different under different compression characteristics. Considering the nonlinear characteristics of soil, variable load and continuous drainage boundary conditions, a one-dimensional consolidation equation is established. Its solutions are obtained by using the unconditionally stable finite difference method and semi-analytical method, and the reliability of the two methods is verified by the degradation of continuous drainage boundary condition and the comparison of the two solutions. Based on the solution of finite difference method, the influences of interface parameter, load parameters and nonlinear parameter on soil consolidation are analyzed in detail. The results show that, the larger the interface parameter of continuous drainage boundary, the greater the dissipation rate of excess pore water and the settlement rate of soil, while the interface parameter has no effect on the final settlement. The excess pore water pressure gradually increases at the loading stage and dissipates at the constant loading stage. With the increase of loading rate, both the peak value of excess pore water pressure and soil consolidation rate increase, indicating that extending the construction period is conducive to reducing the influence of excess pore water pressure. It is difficult to accurately predict the consolidation rate of soil in engineering. The accuracy of soil model, boundary conditions and soil calculation parameters should be ensured when the consolidation theory is used.

Key words: one-dimensional consolidation, nonlinear characteristic, continuous drainage boundary, time-dependent loading, interface parameter

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[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] 胡惠华, 贺建清, 聂士诚, . 洞庭湖砂纹淤泥质土一维固结蠕变模型研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1269-1276.
[3] 仇超, 李传勋, 李红军, . 单级等速加载下高压缩性软土 非线性大应变固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2195-2206.
[4] 陈余, 李传勋, 冯翠霞, . 变荷载下考虑半透水边界和起始水力坡降的 软土一维固结解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3008-3016.
[5] 叶梓, 艾智勇, . 变荷载下层状非饱和土地基全耦合固结特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 135-142.
[6] 师旭超, 孙运德. 线性卸荷作用下软土超孔隙水压力 变化规律分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1333-1338.
[7] 田乙, 吴文兵, 蒋国盛, 梅国雄, 徐宝军, . 连续排水边界下分数阶黏弹性 饱和土体一维固结分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3054-3061.
[8] 李称, 吴文兵, 梅国雄, 宗梦繁, 梁荣柱, . 不同排水条件下城市固废一维降解固结解析解[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3071-3080.
[9] 童立红, 王 珏, 郭生根, 朱怀龙, 徐长节, . 变荷载下连续排水边界黏弹性地基 一维固结性状分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1862-1868.
[10] 金丹丹, 王 素, 李传勋. 考虑起始水力坡降的天然非均质地基固结分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1433-1440.
[11] 蒙宇涵, 陈征, 冯健雪, 李红坡, 梅国雄, . 初始孔压非均布下一维地基砂垫层优化研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4793-4800.
[12] 周亚东,邓 安,鹿 群, . 非饱和土一维大变形固结模型[J]. , 2018, 39(5): 1675-1682.
[13] 汪 磊,李林忠,徐永福,夏小和,孙德安,. 半透水边界下分数阶黏弹性饱和土一维固结特性分析[J]. , 2018, 39(11): 4142-4148.
[14] 唐晓松,郑颖人,王永甫,冯雨实,. 关于土工格栅合理网孔尺寸的研究[J]. , 2017, 38(6): 1583-1588.
[15] 林城福,雷国辉, . 一维回弹试验中卸载条件下的负超孔隙水压力响应[J]. , 2017, 38(12): 3613-3618.
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[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 .