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基于分数阶Kelvin模型的饱和黏土一维流变固结分析

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岩土力学 2017年第12期38卷 3680-3687,3697页

作者：刘忠玉杨强郑州大学土木工程学院河南郑州450001

引入基于Caputo分数导数的弹壶元件修正Kelvin模型,以描述饱和黏土的一维流变本构关系。沿用Terzaghi饱和土一维固结理论的假设推导流变固结方程,引入Laplace变换和基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换解法进行数值求解。通过与基... 详细信息

引入基于Caputo分数导数的弹壶元件修正Kelvin模型,以描述饱和黏土的一维流变本构关系。沿用Terzaghi饱和土一维固结理论的假设推导流变固结方程,引入Laplace变换和基于Fourier级数展开的Laplace数值逆变换解法进行数值求解。通过与基于整数阶导数模型解析解的对比,证明数值解法的有效性。通过对文献中一维流变固结试验结果的模拟,验证修正Kelvin模型的适用性。然后分析弹壶元件中分数导数阶数和黏滞系数对地基流变固结进程的影响。计算结果表明,在固结开始相当长的一段时间内,孔隙水压的整体消散速度要快于Terzaghi一维固结理论,但在固结后期则会慢于后者;而且在整个固结过程中,地基沉降速率都要慢于后者。总体来看,地基沉降滞后于孔压消散,并且分数导数阶数越小或黏滞系数越大,这种现象就越明显,而且沉降稳定需要的时间越长。

关键词：流变固结分数阶导数 Kelvin模型 Laplace变换孔隙水压力固结度

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基于分段线性化模型的一维流变固结分析

同济大学学报（自然科学版） 2019年第5期47卷 640-647页

作者：刘忠玉张家超夏洋洋朱新牧郑州大学土木工程学院河南郑州450001

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有... 详细信息

为进一步认识饱和软黏土的黏滞效应对其一维固结过程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型来描述其变形的弹黏塑性,从而改进了一维分段线性化(CS2)固结模型.通过与已有研究成果的对比,证明了UH本构模型以及修正后CS2模型的有效性.在此基础上,探讨UH本构模型参数对固结进程的影响.数值分析表明,饱和软黏土的黏滞效应使得靠近不排水面处的土体在加载初期出现了超孔隙水压力升高的现象,随后减缓了加载中后期地基超孔隙水压力的整体消散,增大了地基的沉降量.同时,随着回弹指数和初始超固结参数的增大,上述流变固结特性更加明显.

关键词：饱和软黏土流变固结统一硬化本构模型分段线性化超孔隙水压力沉降

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考虑起始水力坡降的软黏土流变固结解析解

工程科学与技术 2019年第2期51卷 53-60页

作者：李传勋马浩天金丹丹江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

软黏土中渗流存在的起始水力坡降会对固结性状有重要影响已逐渐被认识。但能同时考虑起始水力坡降及软黏土流变特性的固结理论仍鲜见报道,对其解析解的研究更为罕见。针对现有理论的不足,考虑软黏土中渗流存在的起始水力坡降及黏性土的... 详细信息

软黏土中渗流存在的起始水力坡降会对固结性状有重要影响已逐渐被认识。但能同时考虑起始水力坡降及软黏土流变特性的固结理论仍鲜见报道,对其解析解的研究更为罕见。针对现有理论的不足,考虑软黏土中渗流存在的起始水力坡降及黏性土的流变特性,基于太沙基1维固结理论建立其控制方程,应用拉普拉斯变换获得其解析解。目前存在的考虑起始水力坡降的线性固结解析解和达西定律下考虑流变模型的固结解析解均是本文解的特例,且本文所得解析解与相应差分解的计算结果十分相近。基于该解析解着重分析了起始水力坡降和不同流变模型对固结性状的影响。结果表明:考虑软黏土流变特性后,起始水力坡降(i0)、土层厚度(H)与外荷载(q0)的比值(R)对固结性状的影响并未发生明显改变;R值越大,移动边界到达土层底面所需时间越长,相同时刻土中残留的超静孔压值越大,土层平均固结度越小。考虑流变特性后,移动边界到达土层底面的条件发生改变。如果流变模型参数取值相同,不同流变模型下软黏土固结初期超静孔压消散曲线基本重合,移动边界随时间的下移曲线亦基本重合;固结后期超静孔压消散曲线虽略有差异,但其对计算结果影响甚微,可忽略。

关键词：软黏土起始水力坡降移动边界流变固结解析解

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考虑变渗透系数的饱和黏土一维流变固结分析

工程地质学报 2019年第6期27卷 1320-1329页

作者：刘忠玉宁秉正夏洋洋张家超朱新牧郑州大学土木工程学院

为进一步探讨饱和黏性土的弹黏塑性和变渗透性对一维固结进程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土的弹黏塑性,并用Taylor的经验关系式表示其渗透系数与孔隙比的关系,修正了太沙基一维固结理论,并利用有限差分法... 详细信息

为进一步探讨饱和黏性土的弹黏塑性和变渗透性对一维固结进程的影响,引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土的弹黏塑性,并用Taylor的经验关系式表示其渗透系数与孔隙比的关系,修正了太沙基一维固结理论,并利用有限差分法对方程进行求解。通过与一维流变固结试验结果对比,验证本文计算方法的有效性以及UH模型的适用性。在此基础上,讨论了UH模型参数、压缩指数与渗透指数的比值以及荷载强度等对固结过程的影响。计算结果表明:饱和黏土的黏滞性使得在固结初期地基内部出现了孔压升高现象,并减缓了固结中后期地基孔压的整体消散,增大了地基的沉降量,并且这种现象随着初始超固结参数的增大而更明显;另外,随着压缩指数与渗透指数比值的减小,地基固结进程会加快,但地基最终沉降量不受影响;同时,在固结后期,当压缩指数不大于渗透指数时,较小荷载强度对应的地基内孔压消散较慢,然而,当压缩指数大于渗透指数时,荷载强度对孔压消散的影响则相对很小。

关键词：饱和黏土流变固结弹黏塑性有限差分法孔压沉降

基于EVP模型的饱和黏性土一维流变固结模型

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兰州大学学报（自然科学版） 2020年第3期56卷 333-340页

作者：刘忠玉张旭阳郑占垒朱新牧郑州大学土木工程学院郑州450001

为深入探讨饱和黏土的固结机理,引入弹黏塑性(EVP)本构模型描述土体的流变固结特性,用Hansbo渗流方程描述土体的渗流过程,修正饱和黏土一维固结理论,采用有限差分法进行求解.通过与文献中固结试验结果的对比,证明了EVP本构模型和本计算... 详细信息

为深入探讨饱和黏土的固结机理,引入弹黏塑性(EVP)本构模型描述土体的流变固结特性,用Hansbo渗流方程描述土体的渗流过程,修正饱和黏土一维固结理论,采用有限差分法进行求解.通过与文献中固结试验结果的对比,证明了EVP本构模型和本计算方法的有效性,并讨论了Hansbo渗流参数和EVP模型参数对流变固结过程的影响.结果表明,饱和黏土的黏滞效应导致靠近不排水面处在流变固结前期出现了孔压升高现象,Hansbo渗流会使该现象更加明显.饱和黏土的黏滞效应和渗流的非达西特性延缓了固结中后期的整体孔压消散和地基沉降.

关键词：饱和黏土流变固结弹黏塑性非达西渗流有限差分法

基于非牛顿指数渗流的饱和黏土一维流变固结分析

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土木工程与管理学报 2020年第3期37卷 1-7页

作者：刘忠玉黄家涛夏洋洋张家超崔鹏陆郑州大学土木工程学院河南郑州450001

为了深入探讨黏性土变形的弹黏塑性和渗流的非达西特性对一维固结进程的影响,分别引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型和用非牛顿指数描述的非达西渗流模型,考虑随时间变化施工荷载的影响,修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体... 详细信息

为了深入探讨黏性土变形的弹黏塑性和渗流的非达西特性对一维固结进程的影响,分别引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型和用非牛顿指数描述的非达西渗流模型,考虑随时间变化施工荷载的影响,修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体积法数值求解格式。通过与相关文献的退化算例进行对比,验证了本文算法的有效性。在此基础上,分析了次固结系数、非牛顿指数、施工荷载和施工工期等参数对饱和黏土流变固结的影响。结果表明:竣工初期地基底部不排水面处孔压异常升高的现象是由饱和黏土的黏滞性引起的,且考虑非牛顿指数渗流和减小施工荷载时,这一现象更为明显;增加施工荷载将使得竣工后地基中孔压的整体消散速度加快;相较于瞬时加载,施工工期对地基流变固结的影响主要体现在初期。

关键词：土力学饱和黏土非达西渗流流变固结有限体积法弹黏塑性施工荷载

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宁波土层的流变固结试验及流变模型参数研究

水文地质工程地质 2017年第5期44卷 46-51页

作者：邓岳保陈菲刘干斌叶俊能宁波大学岩土工程研究所浙江宁波315211 宁波市轨道交通工程建设指挥部浙江宁波315012

固结与流变特性及其参数取值研究是软基上结构物长期沉降课题的重要组成部分。针对宁波轨道交通工程的两个典型土层,开展了基于GDS固结仪的流变固结试验,获得了土样的主固结与次固结性状参数。采用Gibson三元件流变模型结合Matlab软件... 详细信息

固结与流变特性及其参数取值研究是软基上结构物长期沉降课题的重要组成部分。针对宁波轨道交通工程的两个典型土层,开展了基于GDS固结仪的流变固结试验,获得了土样的主固结与次固结性状参数。采用Gibson三元件流变模型结合Matlab软件的拟合功能,得到了土样的三元件流变模型参数。通过对试验结果进行分析总结,发现宁波软土的次固结过程表现出较明显的非线性。次固结系数C_a与压缩指数C_c近似符合C_a/C_c=0.02±0.01。宁波软土的一维流变过程符合Gibson三元件流变模型规律,且其模量参数和黏滞系数均随固结压力的增大而增大。

关键词： GDS固结仪流变固结次固结流变模型参数取值

饱和重塑黏性土流变固结与卸荷回弹特性试验研究

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饱和重塑黏性土流变固结与卸荷回弹特性试验研究

作者：冯超郑州大学

学位级别：硕士

饱和黏性土的流变固结及卸荷回弹特性对实际工程具有重要意义,本文利用改进的渗透-固结联合试验系统对河南信阳某地饱和黏性重塑土试样开展了变水头渗流、流变固结、竖向卸荷回弹等一系列试验研究,主要成果如下:1、首先分别推导出了变... 详细信息

饱和黏性土的流变固结及卸荷回弹特性对实际工程具有重要意义,本文利用改进的渗透-固结联合试验系统对河南信阳某地饱和黏性重塑土试样开展了变水头渗流、流变固结、竖向卸荷回弹等一系列试验研究,主要成果如下:1、首先分别推导出了变水头渗透试验满足Darcy渗流模型、幂指数渗流模型、Hansbo渗流模型的水头-时间(h-t)表达式,并对三参数渗流模型建议了一种新的数值拟合方法。变水头渗透试验的拟合结果表明,试验用土在不同孔隙比下的的渗流明显存在着对Darcy定律的偏离,且试验数据更适宜用幂指数渗流模型和Hansbo渗流模型来拟合。2、一维流变固结试验表明,试验用土的流变现象明显,在土体变形分析中不可忽略,且主次固结过程有明显的耦合现象。单面排水一维流变固结试验表明,加载后不排水面孔压不会立即上升到最大值,存在明显的滞后现象,且传统的Casagrande法和孔压消散法确定主次固结分界时间明显不一致。另外,孔隙比、超固结比、排水条件、试样高度等条件对其流变固结特性影响明显。3、竖向卸荷回弹试验表明,卸荷回弹是流变固结和卸荷回弹共同作用的过程,卸荷回弹稳定较流变固结所需的时间更加漫长。对卸荷回弹过程进行分析时可将其看做是流变固结的逆形式,并可以将卸荷回弹过程划分为主回弹阶段和次回弹阶段。竖向卸荷回弹特性的主要影响因素包括:卸荷比R、最大固结应力pc、卸荷速率等,卸荷比R为最主要影响因素,且存在临界卸荷比。

关键词：土力学饱和黏性土重塑土非Darcy渗流流变固结卸荷回弹

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饱和黏土的一维流变固结分析

饱和黏土的一维流变固结分析

作者：王喜军郑州大学

学位级别：硕士

尽管Terzaghi一维固结理论的应用较为广泛,但是在预测饱和低渗地基沉降的的时候,与实际测的值有很大的出入。其原因可能是未考虑流变特性和非达西渗流对固结的影响等。本文运用改进的试验装置,对河南某地饱和黏土的流变特性和渗流特性... 详细信息

尽管Terzaghi一维固结理论的应用较为广泛,但是在预测饱和低渗地基沉降的的时候,与实际测的值有很大的出入。其原因可能是未考虑流变特性和非达西渗流对固结的影响等。本文运用改进的试验装置,对河南某地饱和黏土的流变特性和渗流特性进行较深入的研究,然后考虑主次固结的耦合效应,修正了太沙基一维固结方程。主要成果如下：首先简要介绍了改装后的一维流变固结试验装置,该装置可以交叉进行渗透和流变固结试验。通过该装置对渗流符合达西定律的河南某地区饱和黏土进行一维流变固结试验和渗透试验,试验中测量了孔隙水压力。试验结果表明,该土中的渗流可用达西定律描述,孔隙比与渗透系数的对数可近似为线性关系;而且该土的次固结系数与固结压力有关,当固结压力等于200kPa时,其值最大。同时试验还发现,孔隙水压力有滞后现象。然后,引入殷宗泽等(2003)修正的孔隙比和时间对数关系式来描述正常固结饱和黏土固结过程中的流变固结现象,分别考虑达西渗流和非达西渗流的影响修正了太沙基一维固结方程,并给出了有限体积法数值计算格式。据此探讨了流变参数对正常固结土固结过程的影响。计算结果表明,流变效应使黏土层的固结速度变慢,类似曼德尔效应的现象也被发现,在加载初期,在不排水面,超静孔隙水压有升高。同时也表明,荷载大小对流变固结进程有一定的影响。

关键词：土力学饱和黏土流变固结非达西渗流流变固结试验有限体积法