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饱和土一维大变形非线性热固结模型

岩石力学与工程学报 2023年第9期42卷 2306-2314页

作者：周亚东李龙辉陈思源天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384

基于分段线性有限差分法,建立饱和土层一维大变形非线性热固结模型TCS2。该模型将土层热传导与固结变形相耦合,可以考虑土体自重、大应变、非线性压缩性和渗透性关系、温度效应和固结变形影响下土性参数的非线性变化。采用Fortran编写... 详细信息

基于分段线性有限差分法,建立饱和土层一维大变形非线性热固结模型TCS2。该模型将土层热传导与固结变形相耦合,可以考虑土体自重、大应变、非线性压缩性和渗透性关系、温度效应和固结变形影响下土性参数的非线性变化。采用Fortran编写计算程序,并对该模型进行验证。小变形情况下,TCS2数值解与基于小变形假设的热固结解析解一致;大变形非线性条件下,TCS2数值解与室内试验实测值基本吻合。结合算例分析,进一步探讨土体自重、应变大小和应力路径对饱和土层热固结的影响,忽略土体自重、固结变形,以及简化的压缩性和渗透性关系,对土层热固结分析会产生较大误差。

关键词：土力学饱和土大变形热固结非线性数值模型

考虑变温幅值影响的颗粒循环热固结离散元法试验研究

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岩土力学 2022年第S01期43卷 591-600页

作者：杨磊涂冬媚朱启银吴则祥余闯温州大学建筑工程学院浙江温州325000 温州理工学院建筑与能源工程学院浙江温州325000 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

随着地下能源工程、热法地基处理和核废料处理等技术越来越多的开展,热力耦合对土体的影响已经成为当今岩土工程领域的热门研究课题之一。基于颗粒体积膨胀法,通过PFC^(2D)模拟不同变温幅值下(20、40、60℃)松散颗粒(相对密实度D_(r)=0... 详细信息

随着地下能源工程、热法地基处理和核废料处理等技术越来越多的开展,热力耦合对土体的影响已经成为当今岩土工程领域的热门研究课题之一。基于颗粒体积膨胀法,通过PFC^(2D)模拟不同变温幅值下(20、40、60℃)松散颗粒(相对密实度D_(r)=0.2)的循环热固结试验。在宏观角度上发现颗粒在温度循环过程中产生热固结现象,即试样随温度循环圈数的增加,其孔隙比不断累积降低。研究表明:变温幅值越大将导致长期温度循环过程中的颗粒材料越密实,且孔隙比、侧向应力和竖向应力的分布出现一定的不均匀性。与此同时,通过微观角度的分析,总结了温度循环和变温幅值对颗粒间接触数量、法向接触力和切向接触力所存在的影响,得出热固结试验中温度循环的幅值对试样的各向异性有较大的影响。

关键词：温度循环热固结离散元法(DEM) 变温幅值

变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的一维饱和土热固结特性研究

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岩土力学 2020年第5期41卷 1465-1473,1482页

作者：孙德安薛垚汪磊上海大学土木工程系上海200444 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

为了研究温度变化对一维饱和土固结特性的影响,基于渗流方程和热传导方程,考虑了顶面边界的半透水性和热传导性,提出了变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的一维饱和土热固结的半解析解,并分析了其固结特性。首先,引入Laplace变换分别... 详细信息

为了研究温度变化对一维饱和土固结特性的影响,基于渗流方程和热传导方程,考虑了顶面边界的半透水性和热传导性,提出了变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的一维饱和土热固结的半解析解,并分析了其固结特性。首先,引入Laplace变换分别求解了半透水边界条件下热力耦合模型和非热力耦合模型的一维饱和土热固结方程,推出了有效应力、温差和沉降的半解析解;其次,通过Crump方法进行Laplace数值反演,得到时间域内的解析解;然后,将所提解分别退化为单边排水条件下的一维饱和土热固结和Terzaghi一维固结的半解析解,结果与已有文献相同,验证了所推导解的可靠性;最后,通过算例分析了各外荷载作用下半透水边界参数、温度增量、热扩散系数和固结系数对热固结特性的影响。结果表明,半透水边界参数、热扩散系数、固结系数和温度增量对饱和土一维固结特性影响显著。

关键词：饱和土半透水边界热固结热力耦合 Laplace变换

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高温下饱和冻土一维融化热固结模型及解答

岩土工程学报 2021年第12期43卷 2190-2199页

作者：周扬武子寒许程卢萌盟周国庆中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

冻结法应用及寒区施工中常采用高温热水强制融化冻土,针对饱和冻土在高温下的一维融化过程,建立了理论模型并给出了模型的解析解答。模型包含传热及热固结两部分,前者为全区域考虑未冻水的相变热传导过程,后者为融区内土体在温度、荷载... 详细信息

冻结法应用及寒区施工中常采用高温热水强制融化冻土,针对饱和冻土在高温下的一维融化过程,建立了理论模型并给出了模型的解析解答。模型包含传热及热固结两部分,前者为全区域考虑未冻水的相变热传导过程,后者为融区内土体在温度、荷载及自重作用下的热固结过程。传热部分在文献中已有温度场、融化界面的解析解答,而融区内超静孔压的解析解答由本文推导获得。在忽略土颗粒、水的热膨胀作用后,模型和解答可以退化为Morgenstern和Nixon的经典冻土一维融化固结模型。利用模型解答对冻土在高温下一维融化过程中超静孔压、沉降进行了计算分析,结果表明:热压作用在热固结强度因子ε为正时会减小超静孔压,该效果随着ε增加而增强;减小融化固结比R或增大导温固结比F均扩大热压作用的相对影响范围,但前者使热压作用在融区内趋于均匀,后者会增加整体的热压作用;增加自重时间因子W_(r)几乎不改变热压作用强度及相对影响范围;高温的净效果使融土产生膨胀,但其影响小于普通固结沉降,因此总体效果仍表现为沉降。

关键词：饱和冻土融化固结高温融化热固结解析解

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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

描述饱和土热固结过程的一个非线性模型及数值分析

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岩土工程学报 2018年第11期40卷 2061-2067页

作者：郭志光白冰北京交通大学土木建筑工程学院

基于多孔介质热–水–力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明：... 详细信息

基于多孔介质热–水–力耦合过程理论模型,给出饱和土的热固结控制方程及状态方程。考虑温度和孔隙水压力对排水模量的影响,建立了弹性模量的非线性表达式。且与已有热固结试验结果进行了对比,计算结果与试验结论基本相符。分析表明：饱和土试样中孔隙水渗透率的变化,对水压力消散及体应变的演化过程有非常明显的影响;等温排水固结过程中固体基质被压缩且体应变的变化较大,而升温不排水过程中固体基质有发生膨胀的趋势;重力影响下,饱和土试样上部体应变较下部体应变大;温度荷载加载等级的增加,使得饱和土试样中不断产生较大的孔隙水压力,且随孔隙水的排出整体平均体应变逐渐增大。

关键词：饱和多孔介质热固结滞回圈非线性弹性

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饱和单层土体一维热固结精确解

岩土工程学报 2019年第9期41卷 1715-1723页

作者：钮家军凌道盛王秀凯单振东赵云浙江大学岩土工程研究所浙江杭州310058 中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 河南工业大学土木建筑学院河南郑州450001

岩土体在非等温场下的固结响应一直是研究热点。基于考虑渗流的饱和土热固结控制方程,给出了一种三类任意边界条件下,饱和单层土体一维热固结精确解的求解方法。首先,利用函数φ将对温度和超静孔压的求解转换为对函数φ的求解,采用分离... 详细信息

岩土体在非等温场下的固结响应一直是研究热点。基于考虑渗流的饱和土热固结控制方程,给出了一种三类任意边界条件下,饱和单层土体一维热固结精确解的求解方法。首先,利用函数φ将对温度和超静孔压的求解转换为对函数φ的求解,采用分离变量法,结合边界条件得到微分方程的特征函数。然后,将非齐次边界条件齐次化,利用微分方程的特征函数,采用系数变易法,给出非齐次边界条件下的精确级数解。最后,通过算例揭示土体边界的透水条件及温度变化对土体热固结响应影响显著。

关键词：饱和单层土热固结精确解非齐次边界条件

衰变热源作用下饱和多孔介质热固结问题的扩展精细积分法

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力学学报 2017年第2期49卷 324-334页

作者：王路君艾智勇同济大学地下建筑与工程系岩土及地下工程教育部重点实验室上海20009 浙江大学岩土工程研究所软弱土与环境土工教育部重点实验室杭州310058

热源作用下饱和多孔介质热固结效应是土木及能源工程领域的一个重要课题.由于问题的复杂性,已有的研究大多将介质假定为均匀各向同性,且将热源假定为恒定强度.实际工程中,天然饱和多孔介质常表现出明显的分层特性,热源强度也存在衰变性... 详细信息

热源作用下饱和多孔介质热固结效应是土木及能源工程领域的一个重要课题.由于问题的复杂性,已有的研究大多将介质假定为均匀各向同性,且将热源假定为恒定强度.实际工程中,天然饱和多孔介质常表现出明显的分层特性,热源强度也存在衰变性,为此本工作采用扩展精细积分法对衰变热源作用下层状饱和多孔介质的热固结问题进行研究.借助于积分变换,将饱和多孔介质热固结问题的偏微分方程转化为变换域内的常微分方程;然后对饱和多孔介质微层元进行合并消元,并结合边界条件,推导出衰变热源作用下层状饱和多孔介质热固结问题在积分变换域内的扩展精细积分解;对所得解答进行相应的数值积分逆变换,可获得所求温度、超静孔压及竖向位移在物理域内的解答.基于上述求解过程,编制相应的计算程序进行数值计算,通过与已有文献对比,验证本文扩展精细积分法在求解层状饱和多孔介质热固结问题中的适应性和正确性;最后通过几组算例,分析热源衰变周期、热源埋深及介质的成层性对热固结效应的影响.结果表明:热源衰变周期对温度和超静孔压的峰值、以及达到峰值的时间均有明显影响,衰变周期越长,二者峰值均越大,且达到峰值所需时间越长;热源埋深对超静孔压及竖向位移变化影响显著,深埋热源作用时热源两侧竖向位移呈对称分布,而浅埋热源两侧则无此现象;饱和多孔介质的分层特性对热固结效应影响明显.

关键词：热源饱和多孔介质热固结扩展精细积分法

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饱和黏土的一维热固结特性试验研究

东北大学学报（自然科学版） 2016年第12期37卷 1794-1799页

作者：张宇宁陈宇龙李博重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030 东京大学土木工程系贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室贵州贵阳550000

通过室内试验,研究了饱和黏土在不同温度作用下的固结效应.结果表明:温度对土颗粒的膨胀作用和孔隙比的收缩作用影响较小;高温作用下发生的热膨胀在一定程度上阻碍了变形的发生,高温条件下压缩指数较低温条件下有减小的趋势.但渗透性的... 详细信息

通过室内试验,研究了饱和黏土在不同温度作用下的固结效应.结果表明:温度对土颗粒的膨胀作用和孔隙比的收缩作用影响较小;高温作用下发生的热膨胀在一定程度上阻碍了变形的发生,高温条件下压缩指数较低温条件下有减小的趋势.但渗透性的增强使得该现象逐渐减弱.随着温度的升高,先期固结应力均随之减小.通过反分析得到了两种黏土的材料参数γ.材料参数γ越大,相同温度下的归一化先期固结应力越小.温度越高,水溶液的黏度越低,越容易被排出,其渗透系数越大,超静孔隙水压的消散越快,所以超静孔隙水压随着温度的升高而减小.渗透系数随着孔隙比的升高而升高.粒径较大试样的渗透系数大于粒径较小试样的渗透系数.

关键词：饱和黏土温度热固结黏度渗透系数