固結(jié)理論一直是土力學(xué)核心問(wèn)題之一,是軟土地基的沉降預(yù)測(cè)和控制等問(wèn)題的理論基礎(chǔ),其中邊界排水條件對(duì)地基固結(jié)性狀具有重要影響。傳統(tǒng)固結(jié)理論通常將邊界視為完全透水或完全不透水,但往往與工程實(shí)際不符合,而半透水邊界又難于應(yīng)用,一般不易獲得顯式解答,連續(xù)排水邊界的提出則能夠很好的解決上述邊界問(wèn)題。此外,外部變化荷載和土體的自重作用和結(jié)構(gòu)性對(duì)軟土地基固結(jié)沉降變形具有重要影響。目前還未見(jiàn)到系統(tǒng)研究連續(xù)排水邊界條件下考慮復(fù)雜外荷載、自重作用、成層性、結(jié)構(gòu)性等復(fù)雜情況的軟土一維固結(jié)問(wèn)題。因此有必要對(duì)其展開(kāi)系統(tǒng)的深入研究,使連續(xù)排水邊界條件下的固結(jié)理論更為完善和接近工程實(shí)際。本文基于連續(xù)排水邊界條件,首先回顧已有理論存在的問(wèn)題,對(duì)經(jīng)典理論進(jìn)行剖析,提出界面參數(shù)反演公式,然后基于連續(xù)排水邊界條件,利用解析和半解析方法,研究任意外荷載、自重作用、結(jié)構(gòu)性等復(fù)雜情況下單層地基和成層地基的一維固結(jié)問(wèn)題,深入分析軟土的固結(jié)性狀及相關(guān)土體參數(shù)對(duì)其的影響,最后對(duì)連續(xù)排水邊界條件在夾砂墊層的軟土地基工程中的應(yīng)用展開(kāi)研究。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果如下:(1)在瞬時(shí)荷載下的連續(xù)排水邊界的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了任意荷載連續(xù)排水邊界條件。給出了連續(xù)排水邊界條件下軟土地基一維固結(jié)理論的無(wú)量綱量的解析解,通過(guò)解答退化驗(yàn)證了其正確性,并對(duì)解答進(jìn)行了收斂性分析;討論了界面參數(shù)對(duì)固結(jié)性狀的影響;提出了界面參數(shù)的反演公式,并通過(guò)現(xiàn)有試驗(yàn)進(jìn)行了反演分析和驗(yàn)證。(2)考慮荷載作用隨時(shí)間變化,建立了任意荷載連續(xù)排水邊界變荷載作用下單層地基一維固結(jié)方程,利用有限Fourier正弦變換方法,推導(dǎo)出了解析解。通過(guò)解答退化與已有解答對(duì)比和與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了解答的正確性。分別討論了在四種變荷載(線性荷載、指數(shù)荷載、簡(jiǎn)諧荷載和梯形周期循環(huán)荷載)作用下,界面參數(shù)和荷載參數(shù)對(duì)土體固結(jié)性狀的影響。最后利用邊界轉(zhuǎn)換法、Laplace變換、矩陣傳遞法及Laplace數(shù)值逆變換等半解析解方法,求解了任意荷載連續(xù)排水邊界成層地基一維固結(jié)問(wèn)題,并采用解答退化與數(shù)值對(duì)比驗(yàn)證了解答的正確性,討論了界面參數(shù)和荷載參數(shù)對(duì)成層地基固結(jié)性狀的影響。(3)考慮自重應(yīng)力的影響,利用有限Fourier正弦變換方法,推導(dǎo)了連續(xù)排水邊界條件下單層地基一維固結(jié)問(wèn)題的解析解,通過(guò)解答退化與已有解答對(duì)比和與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了解答的正確性,分析了界面參數(shù)和自重應(yīng)力系數(shù)對(duì)單層地基固結(jié)性狀的影響。建立了任意荷載連續(xù)排水邊界條件下考慮自重的成層地基一維固結(jié)方程,利用邊界轉(zhuǎn)換法、Laplace變換、矩陣傳遞法及Laplace數(shù)值逆變換等半解析解方法給出了解答,并做了對(duì)比驗(yàn)證,討論了界面參數(shù)和自重應(yīng)力系數(shù)對(duì)考慮自重的成層地基一維固結(jié)性狀的影響。(4)考慮軟土的結(jié)構(gòu)性,利用成層地基的思想,給出了連續(xù)排水邊界條件下單層結(jié)構(gòu)性軟土的一維固結(jié)問(wèn)題的解析解,通過(guò)解答退化與已有解答對(duì)比和與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了解答的正確性,討論了界面參數(shù)、土的結(jié)構(gòu)性及屈服應(yīng)力對(duì)固結(jié)性狀的影響。在此基礎(chǔ)上,利用成層地基的思想對(duì)連續(xù)排水邊界條件下成層結(jié)構(gòu)性軟土地基固結(jié)問(wèn)題進(jìn)行了求解,并采用退化與數(shù)值對(duì)比驗(yàn)證,最后討論了界面參數(shù)、滲透性及壓縮性對(duì)成層結(jié)構(gòu)性軟土地基的固結(jié)性狀的影響。(5)將連續(xù)排水邊界條件應(yīng)用到夾砂墊層軟土地基工程中,建立了連續(xù)排水邊界條件下考慮土體自重的單層地基中鋪設(shè)有水平排水砂墊層的一維固結(jié)方程,利用有限Fourier正弦變換方法和數(shù)值方法,給出了水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設(shè)位置的解答,分析了水平排水砂墊層鋪設(shè)位置與地基平均固結(jié)度的關(guān)系,并提供了不同界面參數(shù)的砂墊層最優(yōu)鋪設(shè)位置與時(shí)間關(guān)系的設(shè)計(jì)圖。在此基礎(chǔ)上,建立了成層地基中鋪設(shè)有水平排水砂墊層的一維固結(jié)方程,采用矩陣傳遞法和Laplace變換及其數(shù)值反演等半解析解方法,給出了成層地基中水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設(shè)位置的解答,驗(yàn)證了解答的可靠性。討論了固結(jié)系數(shù)、土層厚度和滲透系數(shù)對(duì)水平排水砂墊層最優(yōu)鋪設(shè)位置的影響,并通過(guò)算例分析了水平排水砂墊層鋪設(shè)位置對(duì)地基平均固結(jié)度的影響。
【學(xué)位單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TU472
【部分圖文】：

八?ｍ＝ｌ??圖２．２為土體界面的排水流量與時(shí)間得關(guān)系，從圖中可以看到，在初始時(shí)刻土體界??面的流量趨近于無(wú)窮大，然后隨著時(shí)間變化逐漸降低。然而，這與實(shí)際邊界排水流量??先增加后降低的規(guī)律是矛盾的，同時(shí)可以看到邊界處孔壓與時(shí)間相關(guān)。??１０?Ｉ???８?－??６＇?＾，１ｉＳ１ｊＵ＝００??９?？??４??２Ｌ＿???０??１￣?■?＇?１?．１?－?■?１?１??０．０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０??％??圖２．２?土體界面排水流量與時(shí)間的關(guān)系??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｆｌｏｗ?ａｎｄ?ｔｉｍｅ?ｆａｃｔｏｒ?ａｔ?ｓｏｉｌ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??１９??

２．４．１問(wèn)題描述及解答??連續(xù)排水邊界條件一維固結(jié)理論問(wèn)題的解答梅國(guó)雄等［１７］己經(jīng)給出，為了便于分析??界面參數(shù)，本文將給出無(wú)量綱解析解答。其計(jì)算模型如圖２．４所示，基本假設(shè)和??ＴｅｒｚａｇｈＴｓ?—維固結(jié)理論相同，土體表面受到均勻分布的恒定荷載。??２２??

Ｆｉｇ．２．６?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｔｅｒｍｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｓｅｒｉｅｓ?ｏｎ?ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ?ｄｅｇｒｅｅ??２．５界面參數(shù)分析??圖２．７為連續(xù)排水邊界條件下的土體排水流量與Ｔｅｒｚａｇｈｉ解答的土體排水流量比較，??其中界面參數(shù)《＝；５＝１〇。從圖中可以看到，連續(xù)排水邊界下的界面流量在初始時(shí)刻為〇，??然后快速增加，達(dá)到峰值點(diǎn)后逐漸減小為〇，這與實(shí)際的土體排水相符；而傳統(tǒng)的??Ｔｅｒｚａｇｈｉ解答在初始時(shí)刻的排水流為無(wú)窮，顯然和實(shí)際不符。從土體排水流量角度驗(yàn)證??了連續(xù)排水邊界條件更符合實(shí)際情況。??１０?｜?ｒ????＼?Ｔｅｒｚａｇｈｉ??８－?＼??１０?＾＝１０??／ｉ＇ＰｊＬ?＝°°?＼??＿６：，＾ＪＵ＝０?／Ｖ＼??Ｑ「?Ｉ??Ｉ??Ｉ??Ｉ?．?＾＾＾．．．．１????１０—５?１０４?１〇－３?１〇－２?１〇－＇?１０°?１０１??Ｔ，??圖２．７?ＴｅｒａａｇＷ解答的土體流量與連續(xù)排水邊界的土體流量對(duì)比??Ｆｉｇ．?２．７?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｆｌｏｗ?ｏｆ?Ｔｅｒｚａｇｈｉ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ?ｄｒａｉｎａｇｅ?ｂｏｕｎｄａｒｙ??土體中間排水通量等于零的平面為不排水對(duì)稱(chēng)面，即茨／況＝０。由于５２？７／３Ｚ２＜０，??不排水對(duì)稱(chēng)面為超靜孔隙水壓力最大值點(diǎn)。傳統(tǒng)邊界條件下，對(duì)于厚度為＃的單面排??水土層（即頂面透水
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本文編號(hào)：2882015