【摘 要】
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在我国的沿江、沿海等存在着深厚软土层的地区建设基础设施工程时,往往会遇到地基沉降变形过大、沉降速度过快等问题。传统沉降预测方法的理论基础一般是太沙基固结理论,但后者是基于小变形假定的,据此所预测的地基沉降结果与实际常常出入较大。因此,为了进一步探讨饱和软土的一维大变形固结机理,本文利用高压固结仪对河南信阳某地的饱和重塑软土进行一维流变固结试验,验证了考虑时间效应的统一硬化(UH)模型的适用性。然后
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(51578511)“基于非达西渗流的饱和粘性土一维流变固结试验与理论研究”;
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在我国的沿江、沿海等存在着深厚软土层的地区建设基础设施工程时,往往会遇到地基沉降变形过大、沉降速度过快等问题。传统沉降预测方法的理论基础一般是太沙基固结理论,但后者是基于小变形假定的,据此所预测的地基沉降结果与实际常常出入较大。因此,为了进一步探讨饱和软土的一维大变形固结机理,本文利用高压固结仪对河南信阳某地的饱和重塑软土进行一维流变固结试验,验证了考虑时间效应的统一硬化(UH)模型的适用性。然后,用该模型来描述固结过程中饱和软土的弹黏塑性变形,用非牛顿指数渗流方程来描述渗流的非达西特性,之后分别考虑初始有效应力分布方式、变荷载等因素的影响,重新推导了一维大变形固结方程,给出方程的有限差分格式,并用Fortran软件编写求解程序,通过与本文试验结果以及相关文献的对比,验证了本文算法的正确性。最后,研究了有关参数对饱和软土一维大变形固结性状的影响。主要结论如下:(1)考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型对饱和软土具有良好的适用性。(2)在流变固结前期,土体的黏滞性造成了不排水边界处超静孔压升高的现象,且增大次固结系数、非牛顿指数、地基土层厚度、地层上覆荷载以及延长加载历时,均会增强该现象。另外,考虑初始有效应力沿深度线性增加和按大变形计算时,该现象更加明显;但减小渗透指数或初始渗透系数则会削弱该现象。(3)增大非牛顿指数、次固结系数或土层厚度均会延缓地基中孔压的消散以及增大同一时刻地基的沉降量;而增大外荷载或渗透指数却会加快地基中孔压的整体消散。另外,渗透指数和非牛顿指数的变化对地基的最终沉降量没有影响。(4)与小变形假定相比,按大变形计算时地基中孔压的消散较快,地基的沉降量也较大。相比于初始有效应力沿深度均匀分布的情况,当初始有效应力沿深度线性增加时,在固结前期,地基的孔压消散速率和沉降速率都较慢,但在中后期,地基的沉降和固结过程却都较快,最终沉降量也较大。(5)变荷载对地基的流变固结也有着较大的影响。延长加载历时,将延缓固结初期地基中超静孔压的消散和地基的沉降进程,但对固结中后期地基的流变固结进程影响不大。
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