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非饱和土一维热固结理论研究

工程地质学报 2024年第1期32卷 265-274页

作者：秦爱芳刘海生李林忠上海大学力学与工程科学学院上海200444

为研究温度变化对非饱和土一维固结的影响,本文建立了非等温状态下的非饱和土固结模型,并且给出了半解析解。首先,结合Dakshanamurthy等提出的非饱和土一维热固结方程与Aldrich建立的一维热传导方程,建立了更完善的非饱和土一维热固结... 详细信息

为研究温度变化对非饱和土一维固结的影响,本文建立了非等温状态下的非饱和土固结模型,并且给出了半解析解。首先,结合Dakshanamurthy等提出的非饱和土一维热固结方程与Aldrich建立的一维热传导方程,建立了更完善的非饱和土一维热固结问题的控制方程。其次,采用Laplace变换与Laplace逆变换等方法,得到了非等温条件下超孔隙气压力、超孔隙水压力及土层沉降的半解析解。另外,将得到的解分别退化为非饱和土一维等温固结情况及饱和土一维热固结情况,与现有文献结果对比,证明了本研究的可靠性。最后采用算例分析了不同热扩散系数和温度对非饱和土地基固结的影响。结果表明:热扩散系数与温度在一定范围内的变化会对非饱和土固结的速度产生显著的影响,且热扩散系数的增大会增加固结速率,温度的升高会减小最终沉降量。

关键词：非饱和土热固结温度 Laplace变换

电渗-堆载作用下非饱和土轴对称固结特性分析

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岩土力学 2022年第S1期43卷 97-106页

作者：秦爱芳孟红苹江良华上海大学力学与工程科学学院上海200444

地基处理中,电渗常与堆载预压联合使用。基于Fredlund非饱和土三维固结理论和Esrig电渗固结理论及等应变假设,推导出电流场与渗流场耦合作用下,考虑径竖向渗流及涂抹效应的轴对称固结控制方程;利用Laplace变换、解耦技术及Laplace逆变... 详细信息

地基处理中,电渗常与堆载预压联合使用。基于Fredlund非饱和土三维固结理论和Esrig电渗固结理论及等应变假设,推导出电流场与渗流场耦合作用下,考虑径竖向渗流及涂抹效应的轴对称固结控制方程;利用Laplace变换、解耦技术及Laplace逆变换等方法,得到了时域内的半解析解。然后,将所得解分别退化至饱和土中考虑电渗-堆载联合和非饱和土中仅考虑堆载这两种情况与已有文献结果对比,验证了研究方法的可靠性。最后,通过算例研究有效电压、电-水力渗透系数比和涂抹系数对非饱和土轴对称电渗固结特性的影响。结果表明:超孔隙水压最终产生的负孔压与有效电压成正比;电渗-堆载联合下的非饱和土地基固结可分为两个阶段,分别主要受堆载和电渗影响;电渗联合堆载处理地基时的最终沉降是两种作用分别处理地基时的最终沉降之和,且对于低渗透性的土体,其固结速率将显著提高;此外,施加电压后涂抹系数在同区间内,超孔隙水压消散的速率差距比不考虑电压时的大,且涂抹系数越小,最终产生的负孔隙水压越大。

关键词：电渗非饱和土涂抹效应变荷载半解析解

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双层非饱和土地基一维固结半解析解

岩土工程学报 2022年第2期44卷 315-323页

作者：李林忠秦爱芳江良华上海大学力学与工程科学学院上海200444

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界... 详细信息

基于Fredlund和Hasan的非饱和土一维固结理论,将非饱和地基假定为双层,引入层间渗流连续条件,得到双层非饱和土地基一维固结控制方程。采用Laplace变换将偏微分方程组转化为常微分方程组,求解得到双层非饱和土地基在单面、双面渗透边界条件下超孔隙压力和沉降在Laplace域内的解;并利用Crump数值方法实现Laplace逆变换,最终得到时间域内双层非饱和土地基一维固结的半解析解。通过与已有文献和有限差分解的结果比较,验证了所得半解析解的有效性。基于得到的解答,结合算例考察了不同层间渗透系数比下,双层非饱和土地基中超孔隙压力的分布规律;并通过参数分析讨论了土层厚度比和层间渗透系数比对双层非饱和土地基沉降的影响。

关键词：非饱和土双层地基一维固结 Laplace变换半解析解

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统一边界条件下非饱和土一维固结理论研究

工程力学 2022年

作者：秦爱芳郑青青江良华上海大学力学与工程科学学院土木工程系

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响，它反映了土体在固结过程中边界的排气排水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性，该文引入一个统一形式边界条件，构建了一个在瞬时均布荷载作用下，由顶面统一边界、底...

非饱和土固结理论中的边界条件对土体的固结有着重要的影响，它反映了土体在固结过程中边界的排气排水状态。针对实际工程中边界条件的复杂多样性，该文引入一个统一形式边界条件，构建了一个在瞬时均布荷载作用下，由顶面统一边界、底面不渗透边界组成的非饱和土一维固结计算模型。基于Fredlund非饱和土一维固结理论，采用Laplace变换等方法得到了Laplace域内超孔隙压力的半解析解，再通过Laplace逆变换得到了时间域内相应解答。运用一个典型算例，设置合理的边界参数，将统一边界条件下的半解析解退化到几种常规边界条件下的解与文献中已有的结果进行比较，验证了所得解的正确性，并对非饱和土一维固结特性进行了简要分析。研究结果表明：统一边界条件下的半解析解相当于一个通解，具有广泛的适用性；通过改变相关边界参数的取值，可以模拟土层边界条件由完全不渗透到完全渗透的变化过程；固结过程中，边界条件对超孔隙气压力和超孔隙水压力的消散影响很大。因此，该文的研究具有一定的学术价值，所得的半解析解对不同边界条件下的实际工程具有参考价值。

关键词：

碱热耦合的膨润土-花岗岩岩屑混合物膨胀特性

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上海大学学报（自然科学版） 2022年第1期28卷 132-144页

作者：秦爱芳胡宏亮上海大学土木工程系上海 200444

在高放废物处置库的运营过程中,核废料的衰变热和混凝土老化产生的碱性孔隙水均会对缓冲回填材料的工作性能产生影响.为了研究碱热耦合对缓冲回填材料膨胀特性的影响,采用高庙子(Gaomiaozi,GMZ)膨润土和花岗岩岩屑混合材料,选用NaOH溶... 详细信息

在高放废物处置库的运营过程中,核废料的衰变热和混凝土老化产生的碱性孔隙水均会对缓冲回填材料的工作性能产生影响.为了研究碱热耦合对缓冲回填材料膨胀特性的影响,采用高庙子(Gaomiaozi,GMZ)膨润土和花岗岩岩屑混合材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用水浴锅提供恒温溶液,并将溶液在自主研制的耐腐蚀固结仪中不断循环,分别开展25和50℃两种温度以及0.1、0.5和1.0 mol/L 3种碱性溶液浓度下的膨胀力试验,获得了各试样的膨胀力时程曲线.试验结果表明:当温度相同时,试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随碱性溶液浓度的增加而降低;当同一浓度碱性溶液入渗时,试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随掺岩率的增大而降低;相同掺岩率及入渗碱性溶液浓度的试样的最大膨胀力和稳定膨胀力均随温度的升高而降低.碱性溶液对膨胀力的衰减程度随溶液浓度的增加而增大,随温度的升高而增大.对于膨润土-花岗岩岩屑混合物,在相同入渗溶液浓度和相同反应温度下,膨胀力衰减率随掺岩率的增大而降低.

关键词：碱热耦合膨润土花岗岩岩屑膨胀力掺岩率

碱性溶液饱和高庙子钙基膨润土膨胀特性及预测

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岩土力学 2020年第S1期41卷 123-131页

作者：秦爱芳胡宏亮上海大学土木工程系上海200444

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土,而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化,产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子(GMZ)钙基膨润土为试验材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用自主研制的耐腐蚀固结... 详细信息

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土,而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化,产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子(GMZ)钙基膨润土为试验材料,选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水,利用自主研制的耐腐蚀固结仪,完成不同浓度和不同干密度下的膨胀力实验。结果表明,在相同浓度碱性溶液饱和后试样的最终膨胀力随初始干密度的增大而增大;初始干密度相同时,低浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有强化作用,高浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有弱化作用;在0.3、0.5、1.0 mol/L NaOH溶液环境下试样的膨胀力在达到最大值后会出现下降,膨胀力衰减的程度与溶液浓度有关而与干密度无关。通过X射线衍射试验(XRD)分析矿物成分和晶层间距得到,蒙脱石含量和方英石含量随碱溶液浓度升高而降低,长石含量随着碱溶液浓度升高而上升;NaOH溶液会使钙基膨润土钠化,钠化程度受溶液浓度影响。最后利用蒙脱石孔隙比的概念,对试样的蒙脱石孔隙比和最终膨胀力结果在双对数坐标系中线性拟合,给出预测碱性溶液饱和钙基膨润土膨胀力的表达式。

关键词：高庙子(GMZ)膨润土碱性孔隙水膨胀特性蒙脱石孔隙比预测

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软土卸荷时土体强度变化试验研究

建筑结构 2002年第7期32卷 29-31页

作者：秦爱芳上海大学土木系 200072

以试验为基础 ,探讨了软土地区基坑开挖坑底被动区土体处于卸荷状态时 ,其强度变化的特征及范围 ,结果对分析基坑稳定、变形及确定坑底被动区土体加固范围等具有参考价值。

关键词：软土地区卸荷状态强度变化试验

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考虑渗透系数变化的非饱和土固结性状分析

岩土力学 2015年第6期36卷 1521-1528,1536页

作者：秦爱芳张九龙上海大学土木工程系上海200072

基于Fredlund非饱和土一维固结理论,研究了有限厚度的表面透水透气、底面不透水不透气的线弹性和黏弹性非饱和土地基在加荷随时间指数性变化时的一维固结特性。分别得到了两类地基在固结过程中同时考虑液相、气相渗透系数非线性变化和... 详细信息

基于Fredlund非饱和土一维固结理论,研究了有限厚度的表面透水透气、底面不透水不透气的线弹性和黏弹性非饱和土地基在加荷随时间指数性变化时的一维固结特性。分别得到了两类地基在固结过程中同时考虑液相、气相渗透系数非线性变化和仅考虑液相渗透系数变化两种情况下的半解析解答。利用典型算例进行计算,分析了不同情况下两类地基中超孔隙水、气压力消散以及地基固结度随时间的变化规律,并与不考虑渗透系数变化时的半解析解计算结果进行了对比。结果发现:固结过程中渗透系数呈非线性变化;只考虑液相渗透系数变化时,超孔隙气压力的消散变化不大,超孔隙水压力的消散加快;气相渗透系数变化对超孔隙气的消散产生明显影响,对超孔隙水压力消散影响不大。同时考虑液相和气相渗透系数变化时,土体中超孔隙水、气压力的消散均有明显变化,土体固结速度也相应加快;分析结果对非饱和土固结的进一步研究具有重要意义。

关键词：非饱和土渗透系数半解析解一维固结

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连续渗透边界下非饱和土竖井地基固结解析解

岩土力学 2021年第5期42卷 1345-1354页

作者：秦爱芳江良华许薇芳梅国雄上海大学土木工程系上海200072 南京工业大学交通学院江苏南京210029

基于非饱和土轴对称固结理论和等应变假设,引入连续渗透边界条件,采用边界条件齐次化、本征函数法,推导得到瞬时均布荷载下非饱和土竖井地基三维固结解析解。通过与双面完全渗透边界条件下已有解析解进行对比,验证了所得解析解的正确性... 详细信息

基于非饱和土轴对称固结理论和等应变假设,引入连续渗透边界条件,采用边界条件齐次化、本征函数法,推导得到瞬时均布荷载下非饱和土竖井地基三维固结解析解。通过与双面完全渗透边界条件下已有解析解进行对比,验证了所得解析解的正确性。对所得解进行算例分析发现:通过设置合理上、下界面参数,所得解可用于模拟实际上、下边界透水透气任意分布的情况,弥补了目前无法考虑上、下边界渗透性介于渗透与不渗透之间或不对称分布的不足;在井径比及井深适当的前提下,当径、竖向渗透系数比大于2时,竖向渗流对于超孔隙压力消散的影响较小;当考虑竖向渗流时,上述影响随着上、下边界渗透性能的增强而愈加明显。

关键词：非饱和土解析解连续渗透边界三维固结竖井