岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (10): 2744-2756.doi: 10.16285/j.rsm.2021.2040

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

非等温分布条件下考虑半透水边界时饱和黏土的一维固结解析解

江文豪1, 2, 3,李江山1, 3,黄啸1, 3,程鑫1, 2, 3,万勇1, 3   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071;2. 中国科学院大学,北京 100049; 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 污染泥土科学与工程湖北省重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2021-12-06 修回日期:2022-06-16 出版日期:2022-10-19 发布日期:2022-10-17
  • 通讯作者: 李江山,男,1987年生,博士,博士生导师,研究员,主要从事污染场地工程修复和固废资源化方面的研究。E-mail: jsli@whrsm.ac.cn E-mail:Geo_Jiang2020@163.com
  • 作者简介:江文豪,男,1996年生,博士研究生,主要从事土体固结和污染物迁移耦合方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 42177163,No. 51625903,No. 5197091360)。

Analytical solution for one-dimensional consolidation of saturated clay considering partial drainage boundary under non-isothermal distribution condition

JIANG Wen-hao1, 2, 3, LI Jiang-shan1, 3, HUANG Xiao1, 3, CHENG Xin1, 2, 3, WAN Yong1, 3   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Hubei Province Key Laboratory of Contaminated Sludge and Soil Science and Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2021-12-06 Revised:2022-06-16 Online:2022-10-19 Published:2022-10-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42177163, 51625903, 5197091360).

摘要: 温度的变化会导致土体的物理力学性质改变,且在一些实际工程中,饱和黏土会处于非等温分布状态。为此,针对非等温分布条件下饱和黏土的一维固结问题,考虑了更具普遍性的半透水边界,通过某些假定推导了单级线性加荷形式下饱和黏土一维固结控制方程,并利用分离变量法求解得到了控制方程的解析解。通过将所提解析解分别与已有解析解和有限差分解展开对比分析,验证了所提解答的正确性。基于所提解析解,利用某一算例分析了温度梯度、半透水边界参数及加荷时间对固结性状的影响。结果表明:温度梯度 M 越大,土体的渗透性越大,土体的固结速率越快;半透水边界参数 R1和 R2越大,相同时间内土体的超孔隙水压力越小,土体的平均固结度越大;土体的平均固结度随加荷时间 tc 的增大而减小,这主要是由于加荷阶段所施加的外荷载小于最终荷载,但加荷时间tc的延长可一定程度减小土体中产生的最大超孔隙水压力。

关键词: 非等温分布, 半透水边界, 饱和黏土, 一维固结, 解析解

Abstract: The variation of temperature will lead to the change of physical-mechanical properties of the soil, and in some engineering cases, saturated clay will be subjected to non-isothermal distribution condition. Therefore, to address the one-dimensional consolidation problem of saturated clay under non-isothermal distribution condition, a one-dimensional consolidation governing equation under single-stage linear loading is derived by some assumptions, in which the more general partial drainage boundary is considered. In addition, the analytical solution for governing equation is obtained by using separation variable method. By comparing the proposed analytical solution with the existing analytical solution and the finite difference solution, the correctness of the proposed analytical solution is verified. Based on the proposed analytical solution, the effects of temperature gradient, partial drainage boundary parameters and loading time on the one-dimensional consolidation behaviors of saturated clay are analyzed with an example. The results show that the larger the temperature gradient is, the greater the permeability of the soil becomes, and the faster the consolidation rate of the soil gets. The larger the partial drainage boundary parameters are, the smaller the excess pore water pressure of the soil at the same time becomes, and the larger the average consolidation degree of the soil gets. The average consolidation degree of the soil decreases with the increase of loading time, which is mainly due to the external loading applied to the soil in the loading stage is smaller than the final loading, but the extension of loading time can reduce the maximum excess pore water pressure in the soil to a certain extent.

Key words: non-isothermal distribution, partial drainage boundary, saturated clay, one-dimensional consolidation, analytical solution

中图分类号: 

  • TU 442
[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] 汪磊, 张立婷, 沈思东, 徐永福, 夏小和. 分段循环荷载作用下非饱和土轴对称固结特性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 203-212.
[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] 王祖贤, 施成华, 龚琛杰, 曹成勇, 刘建文, 彭铸, . 邻近车站(工作井)基坑开挖对下卧 盾构隧道影响的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2176-2190.
[5] 吴思思, 罗文强, 李寅灿, 崔伟健, 王硕. 连续排水边界下考虑变荷载的软土一维 非线性固结分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1503-1512.
[6] 杨涛, 吉映竹, . 变荷载下长排水体-短不排水桩 复合地基固结解析解[J]. 岩土力学, 2022, 43(5): 1187-1196.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 邱金伟, 权全, 刘军, 童军, 胡波, . 考虑非等温环境下污染物在黏土中的运移解析模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 423-431.
[10] 周容名, 翁效林, 李林, 侯乐乐, . 考虑气相硬化的准饱和黏土弹塑性模型[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 2963-2972.
[11] 王洁, 李传勋, 郭霄, 卢萌盟, . 考虑井阻时空变化的竖井地基非线性固结解析解[J]. 岩土力学, 2022, 43(10): 2828-2840.
[12] 苏新斌, 廖晨聪, 刘世奥, 张璐璐, . 基于预制滑动面的饱和黏土−结构物界面强度特性 三轴试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(10): 2852-2860.
[13] 赵爽, 余俊, 刘新源, 胡钟伟. 悬臂式刚性墙动力响应解析研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(1): 152-159.
[14] 王祖贤, 施成华, 刘建文. 非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2449-2460.
[15] 卢一为, 丁选明, 刘汉龙, 郑长杰, . 均匀黏弹性地基中X形桩纵向振动 响应简化解析方法[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2472-2479.
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 .