基于非達西滲流的飽和黏土一維固結(jié)試驗與理論研究.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題上存在著很大局限性，實踐表明，按該理論得到的固結(jié)度的理論值有時與實測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Darcy定律的偏離現(xiàn)象。因此，本文對固結(jié)儀進行了改進，通過室內(nèi)滲透固結(jié)試驗與理論分析，基于非Darcy滲流對飽和黏土一維固結(jié)理論開展了較系統(tǒng)深入的研究。
　　 主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　 1)針對傳統(tǒng)固結(jié)儀不能進行滲透

2、試驗的不足，在前人的基礎(chǔ)上，根據(jù)所要研究的問題改裝了固結(jié)儀。改裝后的固結(jié)儀不僅可以交叉進行固結(jié)、滲透試驗，以研究不同荷載作用下土樣的滲透特性，而且可以通過三通閥控制排水條件，進行雙面或單面排水固結(jié)試驗，也可在單面排水條件下量測固結(jié)過程中試樣不排水面處的孔隙水壓力。新儀器具有構(gòu)造簡單，密封性能好的特點。通過與常規(guī)固結(jié)、滲透試驗的結(jié)果對比，驗證了采用改裝固結(jié)儀測定固結(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，通過交叉進行固結(jié)試驗和滲透試驗，對河南某地飽和黏性土在不同固結(jié)壓力下的滲透規(guī)律進行了研究。試驗證明，該種飽和黏性土在小孔隙比時的滲流存在偏離Darcy定律的現(xiàn)象，并可用Hansbo的非線性分段模型來描述。滲透試驗結(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)的半對數(shù)關(guān)系，i0、m和孔隙比

4、e符合線性關(guān)系。同時，固結(jié)試驗結(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，需要進行修正。
　　 3)引入可以同時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)了恒載作用時飽和黏土一維固結(jié)方程，并采用有限體積法對該方程進行了數(shù)值求解。與Terzaghi飽和黏土一維固結(jié)理論解析解的對比，證明了該方法

5、的有效性。理論曲線與試驗實測曲線的對比表明，本文考慮非達西滲流影響的固結(jié)理論可以更好地模擬土樣的實際固結(jié)過程。在此基礎(chǔ)上，探討了非Darcy滲流參數(shù)對固結(jié)過程的影響。計算結(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等三個參數(shù)的指標I1也是表征飽和黏土滲透固結(jié)的一個重要指標。

6、　　 4)通過進行低頻循環(huán)荷載作用下的固結(jié)試驗，研究了荷載周期和荷載強度對地基固結(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該方程進行了求解。與低頻循環(huán)荷載固結(jié)試驗結(jié)果的對比表明，考慮非達西滲流時的理論曲線更接近試驗結(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)下土體壓縮性對固結(jié)進程的影

7、響。計算結(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)度都隨時間增長而震蕩增加，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，研究了非達西滲流的參數(shù)和施工速度對固結(jié)過程的