基于考虑时间效应UH模型的一维固结分析

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1、2015年8月第41卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsAugust2015V01．41No．8http：∥bhxb．buaa．edu．enjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0583基于考虑时间效应UH模型的一维固结分析胡晶，姚仰平4(北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191)摘要：结合考虑时间效应的统一硬化(UH)模型得到一维固结下土的一维应力．应变关系，以此建立一维固结控制微分方程，可以统一考虑土的主、次固结

2、变形．采用差分方法对单面排水固结问题进行了分析，加载初期不透水层处存在有效应力减小的松弛现象，推导了不透水层处有效应力随时间减小的公式并进行分析．随后，采用数值方法分析了次固结系数、超固结度、压缩回弹系数等因素对固结的影响规律，分析结果也验证了所得公式的结论．此外，通过室内试验对控制方程预测规律进行了验证分析．当主固结基本完成后，变形主要由次固结产生，基于这个条件推导了平均固结度与时间的关系，该公式可以用于计算固结基本完成需要的时间．关键词：统一硬化(UH)模型；蠕变；固结度；沉降变形；孔压中图分类号：TU447文献标识码：A文章编号：1001．5965(2015)08．1492—07软

3、土广泛分布于我国的沿海、内陆湖泊等地区，城市化的发展迫使众多工程(填海机场、高速公路、高速铁路)需要建设在软土地基上，而机场、高铁等工程对工后沉降有着较高的要求，这些工程的建设促使土与时间相关的黏性变形效应受到越来越多的关注．经典的太沙基固结理论将固结过程划分为主固结和次固结，忽略了黏性变形对主固结过程的影响，也未考虑应力状态、应力历史对黏性变形的影响．一些学者尝试在土的本构关系中考虑流变特性并与固结理论结合，得到了主、次固结耦合的理论¨⋯．一种方法是引入元件理论来考虑土的流变变形¨。，然而土的变形为非线性并与应力历史有关，综合考虑这些效应往往导致元件理论过于复杂，参数也很难确定∞。；另

4、一种方法是建立黏弹塑性本构模型来反映土变形的时间效应，殷建华等¨圳引入了“等效时间”的概念，建立了软土与时间相关的应力．应变关系，该模型与固结理论结合在加载初期得到孔压升高的结果，殷建华等对这一现象做出了定性解释．目前这一现象只在多维固结的实际工程中观测得到，在室内一维固结试验中并未出现．姚仰平等010]引人Bjerrum¨u的瞬时压缩线概念，将固结过程分为瞬时压缩与延时压缩，提出相对瞬时压缩线的蠕变公式并推导出老化时间与超固结度的关系，进而结合超固结土统一硬化(UnifiedHardening，UH)模型¨⋯，得到考虑时间效应的UH模型．该模型采用非线性压缩和蠕变公式，可以综合考虑应力

5、及时间效应引起的变形，合理反映了荷载的率效应、蠕变引起的土体的硬化以及应力历史、蠕变历史对蠕变变形的影响，模型参数物理意义明确，可通过室内试验获得，能够方便地应用于有限元软件进行工程分析¨“．本文结合考虑时间效应的UH模型对一维固收稿日期：2014-09-24；录用日期：2014-12—12；网络出版时间：2015-01．1509：35网络出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20150115．0935．001．html基金项目：国家“973”计划(2014CB047006)；国家自然科学基金(11272031，51179003)；北京市自然科学

6、基金(8132042)作者简介：胡晶(1989一)，男，江苏东海人，博士研究生，jinghu@buaa．edu．cn}通讯作者：姚仰平(1960一)，男，陕西蓝田人，教授，ypyao@buaa．edu．cn，主要研究方向为岩土工程．引用格式：胡晶．姚怖平．基于考虑时阀效应UH模型的一维固结分析￡J]．北京航空航天大学学报．2015，4l(8)：1492．1498．HuJ，YaoYP．1D-consolidationanalysisbasedonUHmode／consideringtimeeffect【J1．JournalofBeqingUniversityofAeronau—ticsan

7、dAstronautics，2015，41(8)：1492—1498(inChinese)．第8期胡晶，等：基于考虑时问效应UH模型的一维固结分析1493结问题进行分析，得到可以反应主、次固结全过程的模型，探讨了影响固结规律的因素．加载初期，部分条件下的模拟结果可能出现孔压升高的现象，类似于所谓的“曼德尔”效应‘1“，但产生机理却不相同，本文对出现这一结果的原因进行了分析，给出了这一现象未能通过室内一维固结试验证实的原因，并通过模拟