循环荷载下连续排水边界饱和土体一维固结分析

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xxxxx20090818
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基于Merchant模型、分数阶修正模型、半对数模型及双曲线模型四种土体非线性本构,引入连续排水边界,并结合循环荷载,分别建立了对应模型下的一维固结方程。通过运用拉普拉斯变换法及分离变量法,求得了相应固结模型在循环荷载及连续排水边界条件下的有效应力、固结沉降的半解析解或解析解。将所得的相应结果退化到双面完全透水的Terzaghi固结边界的情况,与已有文献的理论解相一致,验证了解答的可靠性。此外,通过分析这四种固结模型下各个参数对其固结特性的影响,研究结果表明:(1)循环荷载作用下,软土地基的沉降变化曲线规律和有效应力变化规律类似,都呈振荡增长,且滞后于荷载的变化。考虑连续排水边界条件时,土层有效应力及沉降的发展随边界透水性的增大而明显增大,且循环荷载下的振荡幅值也随之增大。其中,半对数模型下非线性固结中,当透水性达到一定程度后,在固结前期,透水性越大,有效应力的增长速率越快,而固结后期则恰好相反。另外,Merchant粘弹性地基、半对数非线性地基及双曲线非线性地基有效应力或固结沉降随荷载变化的滞后时间会随边界透水性增大而减小。边界透水性对饱和土体固结特性的影响很大,因此,固结边界条件不可忽视。(2)在Merchant固结模型中,Kelvin体中弹簧弹性模量E、独立弹簧弹性模量1E和渗透系数kv越大,有效应力的增长越快;固结中前期,黏滞系数η增大,有效应力增长加快,而在固结后期,η增大,有效应力增长减慢。(3)在分数阶修正Kelvin模型中,随着分数阶次?的增大,循环荷载下沉降变化曲线的振荡幅值有所减小。分数阶次?增大,使固结前期沉降发展速率减慢,但在固结后期,?值对沉降的影响正好相反,最终固结沉降达到稳定的时间随着?的增大而缩短。弹性模量E越大,最终沉降量越小,且循环荷载下固结沉降的振荡幅值越小;黏弹性体的延迟时间F越大,固结沉降变化速率越慢,但对振荡幅值的影响不大。(4)半对数固结模型下,初始有效应力和固结系数的增大都会引起有固结有效应力的发展速率和振荡幅值增大,固结达到稳定的时间缩短。(5)双曲线固结模型中,初始孔隙比的变化几乎不影响固结沉降的发展。初始压缩模量E0与压缩曲线斜率n增大都会引起固结沉降的发展速率减慢,曲线波动幅值减小。本研究有助于读者深入认识饱和土体的固结力学行为,连续排水边界的使用,能更合理的体现实际工程中土体固结特性,为精确预测固结沉降及后续相关研究提供有益的思路。
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