浅论饱和软土复杂非线性大变形固结特性及应用研究

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1、浙江大学建筑工程学院博士学位论文饱和软土复杂非线性大变形固结特性及应用研究姓名：吴健申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：朱向荣;谢新宇20080701浙江大学博二L学位论文摘要摘要大变形固结问题因要考虑几何非线性，材料非线性和渗流非线性，其求解十分复杂。其解析解一般都是在某些假定条件下得出，这些假定很多时候会影响到对固结本质的理解，随着技术的发展以及对理论更深层次认识的需要，对其研究也在逐渐加深．本文在前人大量试验成果的基础上，考虑各种复杂非线性的影响，对大交形固结理论进行了解析与数值分析，并对固结方程中的不同参数进行了讨论．同时本文借助于大型通用有限元软件，考虑

2、土体损伤失效机制，阐述了连续强夯作用下碎石墩侵入淤泥层的过程，并对碎石墩连续侵入淤泥层时土体中超静孔压的增长与消散过程进行了数值研究．本文具体工作包括如下几个方面。(1)欧拉坐标系下和拉格朗日坐标系下应力应变表达的差异研究。分析了应变的表达公式在两种坐标系下的差别，这种差别对固结过程中地基沉降计算以及以变形为参数的固结度计算将产生影响，也将影响到工程人员对实际工程预测的准确性，因此对其开展深入研究尤为重要。同时本文还对不同坐标系下有效应力与孔隙比之间的关系进行了探讨．另外，本文对连续性条件分析中欧拉描述下考虑应交的物质导数得出的应变率与小变形理论中应变率进行了对比分析。

3、(2)大变形固结复杂非线性研究。在宁波软土固结试验的基础上，分析压缩指数与渗透指数不同比值情况下一维大、小变形固结理论的超静孔压在不同计算时刻的差别。研究发现压缩指数与渗透指数比值为1仅是一种特殊情况，考虑到实际工程该比值不一定是l以及解析上存在的困难，采用数值方法讨论了比值不为l时各种情况下土体的性状．土体自重项也是一维大变形固结理论方程的重要部分，本文还比较了考虑土体自重与不考虑土体自重时一维大、小变形固结理论计算结果之间的差别。(3)大变形固结理论中影响固结系数、渗透系数有关因素的研究。本文分析了不同描述下固结过程中固结系数随孔隙比变化的单调性以及影响渗透系数的各

4、种因素。将渗流水力梯度的变化规律应用到土体固结过程，根据水力梯度变化导致参与其中渗流的液相组份不同将固结过程分成四个阶段，以太沙基一维小受形固结理论为基础，探讨了固结过程中土体不同位置水力梯度的变化规律．采用大型有限元软件ABAQUS分析了固结过程中渗透系数的非线性交化对计算结果的影响，以及不同泊松比、边界条件和固结过程中压缩模量变化等对固结性状的影响。浙江大学博士学位论文摘要(4)静水沉积过程研究。土颗粒静水沉降问题是固结所要经历的一个阶段，本文假定静水沉降过程中沉积层颗粒之间有效应力为0，分析了颗粒沉积过程中悬浮液一清水界面、悬浮液一沉积层界面的发展规律，并采用激波

5、模型对其过程进行了解释。(5)大交形动力固结研究。大变形动力固结问题由于涉及到更复杂的动力现象，理论研究比较缺乏，随着经济发展其应用逐渐增加，因此其相关理论研究十分迫切。土体在冲击荷载作用下产生损伤直至失效，本文采用损伤力学机制对强夯置换过程中土体性状变化进行分析，结合有限元软件模拟了连续强夯作用下碎石侵入淤泥层和碎石墩形成的过程。试验中碎石墩侵入淤泥层时，超静孔压产生剧烈变化，为此本文采用拟静力方法，依据实际夯击情况假定碎石墩在很短的时间内挤入淤泥层，分析了这一过程中土体中超静孔隙水压力的变化规律，为以后强夯置换工程提供参考。关键词：大变形；固结系数；非线性，数值模拟

6、；激波；水力梯度；动力固结；软土浙江大学博士学位论文ABSTRACTLargedeformationconsolidationtheoryiscomplicatedbecauseofitsmaterial，geometryandseepagenonlinearity．Someanalyticalsolutionsweregotonthebasisofmanyhypothesizes，whichmightresultinmisunderstandingoftheessenceofconsolidation．Withthedevelopmentoftechnologyand

7、needsofunderstandingofconsolidation，itisnecessarytodomoreresearchesonthemechanismofnonlinearconsolidation．Basedonthelargenumberofdataofcompressiontestandtriaxialtest，analyticalandnumericalworkofconsolidationoflargedeformationwerecarriedoutconsideringtheeffectofcomplicated