›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (5): 1303-1308.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

单层不可压缩饱和多孔介质一维瞬态响应精确解

凌道盛1, 2,张飞霞1, 2,单振东1, 2,房志辉1, 2   

  1. 1.浙江大学 岩土工程研究所,杭州 310058;2.浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点实验室,杭州 310058
  • 收稿日期:2010-04-15 出版日期:2011-05-10 发布日期:2011-09-23
  • 作者简介:凌道盛,男,1968年生,博导,教授,主要从事计算土力学、土动力学方面的研究
  • 基金资助:

    中国地震局地震行业科研专项(No. 200808022);国家“973”重点基础研究课题(No. 2007CB714200)

Exact solution for one-dimensional transient response of single-layer incompressible fluid-saturated porous media under arbitrary vertical loadings

LING Dao-Sheng1, 2, ZHANG Fei-Xia1, 2, SHAN Zhen-dong1, 2, FANG Zhi-Hui1, 2   

  1. 1. Institute of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. MOE Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
  • Received:2010-04-15 Online:2011-05-10 Published:2011-09-23

摘要: 基于Biot理论,考虑惯性、黏滞和机械耦合作用,假定固体颗粒和流体均不可压缩,得到了表面任意竖向荷载作用下单层饱和多孔介质一维瞬态响应的精确解。导出了以固体骨架位移表示的无量纲控制方程,并将边界条件齐次化。求解对应无黏滞耦合作用的特征值问题,得到一组满足齐次边界条件、关于空间坐标的正交函数基。利用变异系数法和基函数的正交性,得到一系列相互解耦的、关于时间的二阶常微分方程及相应的初始条件,并采用状态空间法求解常微分方程,得到位移分量。对整体平衡方程关于空间坐标积分,根据边界条件可确定总应力,并进而求得孔隙压力。通过算例验证所得解法的正确性

关键词: 瞬态响应, 精确解, 饱和, 多孔介质, 不可压缩

Abstract: Based on the Biot theory, exact solution for one-dimensional transient response of single-layer fluid-saturated porous media loaded arbitrarily at its top surface is developed, where the inertial, viscous and mechanical couplings are taken into account and the solid particles and fluid are assumed to be incompressible. Firstly, the dimensionless governing equations in terms of displacement of solid skeleton are derived; and the boundary conditions are homogenized. Then, the eigen-value problem for the corresponding nonviscous system is solved to get an orthogonal function base in spatial domain. Applying variation coefficient method and making use of the orthogonality of the base functions, a series of decoupled second-order ordinary differential equations together with its corresponding initial conditions are obtained in time domain. To get the solutions for displacement components, the second-order ordinary differential equations are solved by the state-space method. By integrating the dynamic equilibrium equation of porous media and using the boundary condition, total stress and fluid pressure are determined in turn. Finally, two examples are given to demonstrate the correctness of the presented solution

Key words: transient response, exact solution, saturated, porous media, incompressiblility

中图分类号: 

  • O 347.4+4
[1] 程涛, 晏克勤, 胡仁杰, 郑俊杰, 张欢, 陈合龙, 江志杰, 刘强, . 非饱和土拟二维平面应变固结问题的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 453-460.
[2] 刘家顺, 王来贵, 张向东, 杨建军, 孙嘉宝, . 部分排水条件下饱和黏土 渐近状态本构模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 485-491.
[3] 方瑾瑾, 冯以鑫, 王立平, 余永强, . 真三轴条件下非饱和黄土的有效应力屈服特性[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 492-500.
[4] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[5] 马维嘉, 陈国兴, 吴琪, . 复杂加载条件下珊瑚砂抗液化强度试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 535-542.
[6] 王立业, 周凤玺, 秦虎, . 饱和盐渍土分数阶蠕变模型及试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 543-551.
[7] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
[8] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[9] 刘忠玉, 夏洋洋, 张家超, 朱新牧. 考虑Hansbo渗流的饱和黏土 一维弹黏塑性固结分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 11-22.
[10] 周凤玺, 柳鸿博, 蔡袁强, . 饱和多孔热弹性介质中Rayleigh波 传播特性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 315-324.
[11] 刘丽, 吴羊, 陈立宏, 刘建坤, . 基于数值模拟的湿润锋前进法测量精度分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 341-349.
[12] 丑亚玲, 黄守洋, 孙丽源, 王莉杰, 岳国栋, 曹伟, 盛煜, . 基于冻融作用的氯盐渍土−钢块界面力学模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 41-52.
[13] 周凤玺, 柳鸿博, . 非饱和土中Rayleigh波的传播特性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3218-3226.
[14] 詹良通, 胡英涛, 刘小川, 陈捷, 王瀚霖, 朱斌, 陈云敏. 非饱和黄土地基降雨入渗离心模型试验 及多物理量联合监测[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2478-2486.
[15] 邹远晶, 韦昌富, 陈合龙, 周家作, 万义钊, . 基于扰动状态概念的含水合物土弹塑性模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2653-2662.
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[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘玉成,曹树刚,刘延保. 可描述地表沉陷动态过程的时间函数模型探讨[J]. , 2010, 31(3): 925 -931 .
[3] 介玉新,杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[4] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[5] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[6] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[7] 罗 强 ,王忠涛 ,栾茂田 ,杨蕴明 ,陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[8] 王云岗 ,章 光 ,胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .
[9] 龚维明,黄 挺,戴国亮. 海上风电机高桩基础关键参数试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 115 -121 .
[10] 汪成兵. 均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟[J]. , 2012, 33(1): 103 -108 .