›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (S1): 176-180.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

层状可压缩岩基三维固结问题的状态空间解

胡云世1, 2,苏 辉1,成怡冲1,艾智勇1   

  1. 1. 同济大学 地下建筑与工程系,岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092;2. 衢州学院 建筑工程系,浙江 衢州 324000
  • 收稿日期:2010-12-22 出版日期:2011-05-15 发布日期:2011-05-16
  • 通讯作者: 艾智勇,男,博士,教授,E-mail:zhiyongai@tongji.edu.cn
  • 作者简介:胡云世,男,1966年生,硕士,副教授,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)

State space solution to three-dimensional consolidation of layered rock with compressible constituents

HU Yun-shi1, 2, SU Hui1, CHENG Yi-chong1, AI Zhi-yong1   

  1. 1. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Department of architecture and Engineering,Quzhou University, Quzhou, Zhejiang 324000, China
  • Received:2010-12-22 Online:2011-05-15 Published:2011-05-16

摘要: 采用状态空间法求解层状可压缩岩基的三维固结问题。首先从直角坐标系下考虑可压缩性的三维Biot固结问题的控制方程出发,通过Laplace-Fourier变换得到状态空间方程,解此方程并通过Cayley-Hamilton定理,得到单层可压缩岩基三维固结问题的传递矩阵;然后利用传递矩阵法,结合层间连续性条件和边界条件,得到了层状可压缩岩基三维固结问题在积分变换域内的解答;最后应用Laplace-Fourier逆变换技术,得到层状可压缩岩基三维固结问题在物理域内的理论解答。编制了相应的计算程序,进行了数值计算与分析,证明了压缩性对岩基固结问题的影响

关键词: 三维固结, 可压缩性, 层状岩基, Laplace-Fourier变换, 传递矩阵

Abstract: This paper uses state vector method to solve the three-dimensional consolidation problems of a poroelastic layered rock by taking into account the compressibility of pore fluid. Starting from the governing equations of a saturated poroelastic rock with compressible constituents in the Cartesian coordinate system, the state space equations of the three-dimensional Biot’s consolidation problems are obtained by introducing the Laplace-Fourier transform. The transfer matrix of displacements, stresses, excess pore water pressure and flux between the ground surface and an arbitrary depth z is obtained by using the Cayley-Hamilton theorem. Then the transfer matrix method is utilized to derive the solutions for three-dimensional consolidation of a layered rock in the transformed domain by combining the continuity conditions between the adjacent layers and the boundary conditions. The actual solutions in the physical domain are acquired by inverting the Laplace-Fourier transform. Numerical analysis is carried out for a layered rock, which illustrates the influences of the compressibility of pore fluid on the consolidation behavior of the rock.

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