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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

承压水位变化下上覆弱透水层二维黏弹性固结解析研究

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承压水位变化下上覆弱透水层二维黏弹性固结解析研究

作者：朱国强烟台大学

学位级别：硕士

地下水资源的过度开采会造成土层内的水位发生变化,进而导致土体中的有效应力变化,土层发生压缩固结,这是引发区域性的地面沉降的重要因素。地面沉降是一种发展时间长且影响区域广的环境地质灾害,这种现象为我国经济的高质量发展带来了... 详细信息

地下水资源的过度开采会造成土层内的水位发生变化,进而导致土体中的有效应力变化,土层发生压缩固结,这是引发区域性的地面沉降的重要因素。地面沉降是一种发展时间长且影响区域广的环境地质灾害,这种现象为我国经济的高质量发展带来了较大的不利影响。目前,水位变化引发固结沉降的解析研究主要集中在一维固结的情况,多维固结的情况中,数值方法使用较多,且对导致地面沉降长期发展土体流变性因素考虑较少。鉴于此,为更加高效准确的评估和预测承压水位变化时弱透水层的沉降情况,本文结合Terzaghi-Rendulic二维固结理论与水位变化下弱透水层的定解条件,建立弱透水层二维固结的数学模型,并使用Merchant流变模型模拟弱透水层固结时的蠕变、应力松弛、滞后效应等流变学特性,然后采用积分变换与逆变换的方法得到固结模型在真实物理域内的半解析解。本文将进行以下研究工作:（1）结合Terzaghi-Rendulic二维固结方程与弱透水层在承压含水层水位发生变化时的初始条件和边界条件,建立单层弱透水层二维弹性固结模型。在此基础上,将单层弱透水层拓展至多层的情况,并与Merchant流变模型结合,建立多层弱透水层的二维黏弹性固结模型。通过Laplace-Fourier变换及相应的数值逆变换得到弱透水层固结模型在真实物理域内的半解析解。（2）将固结模型的半解析解通过MATLAB进行编程运算,并通过具体的算例将本文解答与弱透水层一维固结解析解与二维有限元数值解答进行对比,在此基础上,结合算例进一步分析弱透水层的弹性、渗透性、厚度、粘滞性、刚度比和承压含水层水位下降幅度对固结发展的影响。（3）使用本文提出的固结沉降计算方法对基坑承压层降水工程中周边地面的沉降发展进行分析,并将计算结果与沉降监测数据进行对比,结果说明本文方法计算的结果与地表沉降的实际发展情况能够较好的吻合。可以看出在确定合理地层模型和力学参数的基础上,本文建立的半解析解对水位变化下的地面沉降问题可以进行较为准确而高效的分析。

关键词：水位变化地面沉降弱透水层二维固结半解析解

半透水边界下分数阶黏弹性饱和土一维固结特性分析

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岩土力学 2018年第11期39卷 4142-4148页

作者：汪磊李林忠徐永福夏小和孙德安上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海大学土木工程系上海200444

为描述饱和土体的流变特性,引入分数阶导数Kelvin-Voigt黏弹性模型,采用解析方法对半透水边界下的分数阶黏弹性饱和土一维固结特性进行了研究。分别对骤加恒载下饱和土一维固结微分方程和分数阶Kelvin-Voigt黏弹性本构方程进行Laplace变... 详细信息

为描述饱和土体的流变特性,引入分数阶导数Kelvin-Voigt黏弹性模型,采用解析方法对半透水边界下的分数阶黏弹性饱和土一维固结特性进行了研究。分别对骤加恒载下饱和土一维固结微分方程和分数阶Kelvin-Voigt黏弹性本构方程进行Laplace变换,并联立求解得到了双边半透水边界条件下分数阶黏弹性饱和土在Laplace变换域内的解析表达式。通过Crump方法实现Laplace数值反演,得到时间域内的半解析解。将所得到的解分别退化为分数阶黏弹性饱和土一维固结半解析解和双边半透水黏弹性饱和土一维固结半解析解,结果与已有文献半解析解相同,验证了提出的双边半透水边界条件下分数阶黏弹性饱和土一维固结解的可靠性。通过算例考察了半透水边界条件和分数阶黏弹性饱和土参数对一维固结特性的影响。研究表明,双边半透水边界下分数阶黏弹性饱和土一维固结发展过程与半透水边界条件、分数阶次和黏滞系数有关,且土体的压缩模量对饱和土一维固结最终沉降量有显著影响。

关键词：半透水边界分数阶导数黏弹性饱和土一维固结半解析解

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岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究

岩土力学 2010年第2期31卷 523-528页

作者：李利平李术才张庆松山东大学岩土与结构工程研究中心济南250061

岩溶地下水是诱发隧道发生突(涌)水地质灾害的主导因素之一,岩溶裂隙水对隧道围岩的危害越来越成为岩溶地区隧道建设中的热点研究问题之一。基于目前岩溶裂隙水突出机制研究现状,运用岩溶地质学、工程水力学和断裂力学相关理论分析岩溶... 详细信息

岩溶地下水是诱发隧道发生突(涌)水地质灾害的主导因素之一,岩溶裂隙水对隧道围岩的危害越来越成为岩溶地区隧道建设中的热点研究问题之一。基于目前岩溶裂隙水突出机制研究现状,运用岩溶地质学、工程水力学和断裂力学相关理论分析岩溶地区隧道水岩相互作用机制,探讨了水岩相互作用对岩溶地区隧道施工发生突(涌)水的影响,揭示岩溶地区隧道裂隙水突出前后过程的力学机制。研究表明:岩溶隧道裂隙水突出是裂隙岩体在岩溶水及水压的持续作用下受施工外力干扰发生劈裂的结果,岩溶水和水压在裂隙岩体突水破坏过程中的力学作用主要体现在4个方面,即突水蓄势期岩溶水对裂隙岩体的软化溶蚀作用、水压对裂隙岩体的劈裂作用,突水失稳期水流的冲刷扩径作用、水压对突水量的动力控制作用。基于上述分析,以断裂力学、弹塑性力学理论为基础,提出岩溶隧道岩溶裂隙水突出的最小岩石防突厚度概念,推导了其半解析解表达式,并为工程实例所验证,其结果可为高风险岩溶地区隧道突水理论与防治措施提供参考。

关键词：岩溶隧道裂隙水突出力学机制最小岩石防突厚度半解析解

考虑竖向摩阻作用的陡坡段桥梁桩基侧向受力分析

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东南大学学报（自然科学版） 2021年第6期51卷 986-995页

作者：林天爵杨果林柳卓肖洪波中南大学土木工程学院长沙410075 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中建五局土木工程有限公司长沙410000

为分析陡坡段桥梁桩基的力学特性,根据桩身特征段的不同受力特征,将桩身划分为自由段、被动段和主动段,考虑桩身竖向摩阻的影响,基于三参数地基模型,建立桩身响应微分控制方程,并采用Laplace变换结合传递矩阵法推导出桩身响应的半解析解... 详细信息

为分析陡坡段桥梁桩基的力学特性,根据桩身特征段的不同受力特征,将桩身划分为自由段、被动段和主动段,考虑桩身竖向摩阻的影响,基于三参数地基模型,建立桩身响应微分控制方程,并采用Laplace变换结合传递矩阵法推导出桩身响应的半解析解.然后,通过现场试验和文献算例验证了该方法的合理性,并通过某工程实例分析了桩身被动段竖向摩阻和长度对桩身响应的影响.结果表明:桩身被动段竖向摩阻对桩身响应具有折减效应,但该效应随着被动段竖向摩阻的增加逐渐减弱;被动段长度在被动段临界长度内增长将显著增加桩身响应,且被动段临界长度随着被动段土体刚度的增大而减小;增强桩身被动段3~5倍桩径深度范围内的土体刚度能明显减小桩身响应.

关键词：陡坡段桥梁桩基竖向摩阻传递矩阵法半解析解

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基于保角映射的断层影响区内隧道涌水量预测

华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第1期49卷 86-92页

作者：傅鹤林李鲒成国文安鹏涛中南大学土木工程学院湖南长沙410075 广东省南粤交通投资建设有限公司广东广州510101

建立了断层影响区内衬砌隧道渗流模型.在该模型中,断层被视为地下水补给边界,以隧道涌水量作为衡量依据将隧道横断面内倾斜断层等效为竖向断层.利用镜像叠加原理将有限边界渗流问题转化为半无限空间渗流模型,再通过保角坐标变换和极坐... 详细信息

建立了断层影响区内衬砌隧道渗流模型.在该模型中,断层被视为地下水补给边界,以隧道涌水量作为衡量依据将隧道横断面内倾斜断层等效为竖向断层.利用镜像叠加原理将有限边界渗流问题转化为半无限空间渗流模型,再通过保角坐标变换和极坐标联立求解渗流微分方程,推导富水断层影响区内地下水头半解析公式,得到了隧道涌水量计算公式.经过退化验算、数值模拟及现场实测数据对比,验证了公式的正确性.在此基础上,探讨了地层与衬砌的相对渗透系数(KS/KL)、隧道与水位线的距离(h)、隧道与断层的距离(L)对涌水量的影响:KS/KL对涌水量的影响最显著;其次为h,h也会影响L的作用效果,h越大,L的影响程度也越大.施工过程中应加强注意衬砌防水措施的施作,隧道线路的选择应尽可能考虑埋深设计,避免高水头压力.

关键词：隧道涌水量预测等效断层镜像叠加原理保角变换半解析解渗流场

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水平激励下钻井船矩形月池的水动力特性研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第11期48卷 1001-1008页

作者：黄磊刘利琴唐友刚张永恒郭东杰天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津海事局天津300211

研究了具有矩形月池的钻井船在小幅水平横荡简谐运动激励下的辐射问题.利用简化的底部边界条件,基于线性势流理论建立了钻井船月池二维流体运动方程,利用Galerkin方法求得月池内流体速度势,得到月池对船舶的附加质量表达式.利用半解析解... 详细信息

研究了具有矩形月池的钻井船在小幅水平横荡简谐运动激励下的辐射问题.利用简化的底部边界条件,基于线性势流理论建立了钻井船月池二维流体运动方程,利用Galerkin方法求得月池内流体速度势,得到月池对船舶的附加质量表达式.利用半解析解,研究了月池的水动力特性及月池参数对船舶水动力参数的影响.以边界元方法建立具有矩形月池结构的钻井船数值模型,数值模拟结果与半解析解进行对比验证.结果表明,在激励频率穿过月池内流体的固有振动频率时,附加质量会依次出现正、负峰值;自由液面及月池底部无量纲速度分布受激励频率及月池无量纲水深的影响较明显;在不同无量纲水深下,半解析解与数值模拟结果吻合较好.

关键词：月池半解析解附加质量线性势流理论

坑内预留土作用下多支点支护结构的变形内力计算

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岩土工程学报 2018年第1期40卷 162-168页

作者：张浩郭院成石名磊马珍珍郑州大学土木工程学院河南郑州450001 东南大学交通学院江苏南京210096 武陟第一黄河河务局河南焦作454950

基坑围护结构内侧预留土可有效减小围护结构内力和变形,且设置灵活,在工程中应用日益广泛。为了分析坑内预留土对多支点支护结构的作用效应,首先,基于三参数地基弹性梁模型,根据支护结构沿竖向受力模式的不同,给出了一种考虑坑内预留土... 详细信息

基坑围护结构内侧预留土可有效减小围护结构内力和变形,且设置灵活,在工程中应用日益广泛。为了分析坑内预留土对多支点支护结构的作用效应,首先,基于三参数地基弹性梁模型,根据支护结构沿竖向受力模式的不同,给出了一种考虑坑内预留土作用影响的计算分析模型及控制方程组;在此基础上,通过桩身离散和矩阵传递法,推导建立了多支点支护结构内力变形计算的矩阵表达式,并给出半解析解答方法;最后,采用该方法对工程实例进行计算,并对坑内预留土设置宽度、高度的影响规律进行了分析,验证了方法的可行性,可为支护工程设计施工提供参考。

关键词：基坑工程预留土多支点支护结构理论计算半解析解

移动荷载作用下横观各向同性层状地基–薄板结构动力响应半解析研究

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岩土工程学报 2021年第5期43卷 858-866,I0004页

作者：冯多徐林荣蔡雨苏娜中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

为研究各向异性和动载参数对层状地基-薄板结构动力响应的影响规律,在已有各向异性弹性动力学理论的基础上,利用积分变换及矩阵分析理论,获得移动矩形简谐荷载作用下横观各向同性层状地基-薄板(无限大)结构的稳态动力响应半解析解答。... 详细信息

为研究各向异性和动载参数对层状地基-薄板结构动力响应的影响规律,在已有各向异性弹性动力学理论的基础上,利用积分变换及矩阵分析理论,获得移动矩形简谐荷载作用下横观各向同性层状地基-薄板(无限大)结构的稳态动力响应半解析解答。通过对比既有算例所得结果,验证半解析解的准确性,进而对板体位移动力响应进行参数分析。结果表明:各向同性、横观各向同性假设下的计算结果存在较大差异。移动荷载较静载使板体位移幅值不对称分布,且存在临界速度使荷载作用区域幅值最大。荷载激振频率增大会减小板体竖向位移的响应范围。第一层地基的各向异性水平相较其余层对板体位移影响较大,增大其n值(水平、竖直弹性模量比)可改善板体在动力作用下的位移响应分布特征。

关键词：移动荷载横观各向同性层状地基弹性薄板半解析解