基于非達(dá)西滲流的飽和黏土一維固結(jié)試驗(yàn)與理論研究.pdf

1、傳統(tǒng)的Terzaghi一維固結(jié)理論在估算飽和黏土地基沉降問(wèn)題上存在著很大局限性，實(shí)踐表明，按該理論得到的固結(jié)度的理論值有時(shí)與實(shí)測(cè)值之間存在較大的誤差，原因之一是該理論忽略了某些飽和黏土中孔隙水的滲流對(duì)Darcy定律的偏離現(xiàn)象。因此，本文對(duì)固結(jié)儀進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)室內(nèi)滲透固結(jié)試驗(yàn)與理論分析，基于非Darcy滲流對(duì)飽和黏土一維固結(jié)理論開(kāi)展了較系統(tǒng)深入的研究。
　　 主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　 1)針對(duì)傳統(tǒng)固結(jié)儀不能進(jìn)行滲透

2、試驗(yàn)的不足，在前人的基礎(chǔ)上，根據(jù)所要研究的問(wèn)題改裝了固結(jié)儀。改裝后的固結(jié)儀不僅可以交叉進(jìn)行固結(jié)、滲透試驗(yàn)，以研究不同荷載作用下土樣的滲透特性，而且可以通過(guò)三通閥控制排水條件，進(jìn)行雙面或單面排水固結(jié)試驗(yàn)，也可在單面排水條件下量測(cè)固結(jié)過(guò)程中試樣不排水面處的孔隙水壓力。新儀器具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，密封性能好的特點(diǎn)。通過(guò)與常規(guī)固結(jié)、滲透試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證了采用改裝固結(jié)儀測(cè)定固結(jié)模型參數(shù)的可靠性，另外由單面排水固結(jié)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了孔壓滯后現(xiàn)象。
　　

3、 2)利用改裝的滲透固結(jié)儀，通過(guò)交叉進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)和滲透試驗(yàn)，對(duì)河南某地飽和黏性土在不同固結(jié)壓力下的滲透規(guī)律進(jìn)行了研究。試驗(yàn)證明，該種飽和黏性土在小孔隙比時(shí)的滲流存在偏離Darcy定律的現(xiàn)象，并可用Hansbo的非線性分段模型來(lái)描述。滲透試驗(yàn)結(jié)果表明，黏土滲透性與孔隙比呈非線性關(guān)系，且黏土滲透性隨固結(jié)壓力增加呈現(xiàn)非線性減小。在此基礎(chǔ)上分析了相關(guān)滲透參數(shù)與孔隙比之間的關(guān)系，結(jié)果表明，滲透系數(shù)k和孔隙比e符合傳統(tǒng)的半對(duì)數(shù)關(guān)系，i0、m和孔隙比

4、e符合線性關(guān)系。同時(shí)，固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果表明，Terzaghi一維固結(jié)理論的適用范圍是有一定限制的，如果土樣中的滲流不符合Darcy定律，該理論就不一定適用，需要進(jìn)行修正。
　　 3)引入可以同時(shí)考慮低速滲流曲線段和較高速滲流直線段的Hansbo(非Darcy)滲流方程，代替Darcy定律，重新推導(dǎo)了恒載作用時(shí)飽和黏土一維固結(jié)方程，并采用有限體積法對(duì)該方程進(jìn)行了數(shù)值求解。與Terzaghi飽和黏土一維固結(jié)理論解析解的對(duì)比，證明了該方法

5、的有效性。理論曲線與試驗(yàn)實(shí)測(cè)曲線的對(duì)比表明，本文考慮非達(dá)西滲流影響的固結(jié)理論可以更好地模擬土樣的實(shí)際固結(jié)過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，探討了非Darcy滲流參數(shù)對(duì)固結(jié)過(guò)程的影響。計(jì)算結(jié)果表明，非Darcy滲流延緩了飽和黏土中孔隙水壓力的消散速度，因此使得地基的固結(jié)速度比Terzaghi一維固結(jié)理論值要慢。同時(shí)指出除固結(jié)系數(shù)外，綜合了直線滲流起始水力梯度i1、土層厚度H、地面荷載p0等三個(gè)參數(shù)的指標(biāo)I1也是表征飽和黏土滲透固結(jié)的一個(gè)重要指標(biāo)。

6、　　 4)通過(guò)進(jìn)行低頻循環(huán)荷載作用下的固結(jié)試驗(yàn)，研究了荷載周期和荷載強(qiáng)度對(duì)地基固結(jié)的影響。考慮到土體處于超固結(jié)狀態(tài)和正常固結(jié)狀態(tài)時(shí)壓縮性的不同，將前述修正Terzaghi飽和黏土一維固結(jié)方程推廣到低頻循環(huán)荷載作用的情況，并采用有限體積法對(duì)該方程進(jìn)行了求解。與低頻循環(huán)荷載固結(jié)試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，考慮非達(dá)西滲流時(shí)的理論曲線更接近試驗(yàn)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，討論了非Darcy滲流參數(shù)、加載速率、循環(huán)荷載周期以及超固結(jié)狀態(tài)下土體壓縮性對(duì)固結(jié)進(jìn)程的影

7、響。計(jì)算結(jié)果表明，在矩形波載作用下，按孔壓定義和按變形定義的固結(jié)度都隨時(shí)間增長(zhǎng)而震蕩增加，且按孔壓定義的固結(jié)度的震蕩幅度明顯大于按變形定義的固結(jié)度。另外，非Darcy滲流減緩了地基的沉降速率，且循環(huán)荷載周期越短或超固結(jié)狀態(tài)下壓縮性越高，地基的沉降速率就越慢。
　　 5)為研究施工荷載對(duì)黏土固結(jié)的影響，將前述修正Terzaghi一維固結(jié)方程推廣至單調(diào)增荷載的情況。數(shù)值分析采用有限體積法，研究了非達(dá)西滲流的參數(shù)和施工速度對(duì)固結(jié)過(guò)程的