基于非達西滲流的飽和黏土一維固結試驗與理論研究.pdf

1、傳統(tǒng)的Terzaghi一維固結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，本文對固結儀進行了改進，通過室內(nèi)滲透固結試驗與理論分析，基于非Darcy滲流對飽和黏土一維固結理論開展了較系統(tǒng)深入的研究。
　　 主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　 1)針對傳統(tǒng)固結儀不能進行滲透

2、試驗的不足，在前人的基礎上，根據(jù)所要研究的問題改裝了固結儀。改裝后的固結儀不僅可以交叉進行固結、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試驗，也可在單面排水條件下量測固結過程中試樣不排水面處的孔隙水壓力。新儀器具有構造簡單，密封性能好的特點。通過與常規(guī)固結、滲透試驗的結果對比，驗證了采用改裝固結儀測定固結模型參數(shù)的可靠性，另外由單面排水固結試驗發(fā)現(xiàn)了孔壓滯后現(xiàn)象。
　　

3、 2)利用改裝的滲透固結儀，通過交叉進行固結試驗和滲透試驗，對河南某地飽和黏性土在不同固結壓力下的滲透規(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。滲透試驗結果表明，黏土滲透性與孔隙比呈非線性關系，且黏土滲透性隨固結壓力增加呈現(xiàn)非線性減小。在此基礎上分析了相關滲透參數(shù)與孔隙比之間的關系，結果表明，滲透系數(shù)k和孔隙比e符合傳統(tǒng)的半對數(shù)關系，i0、m和孔隙比

4、e符合線性關系。同時，固結試驗結果表明，Terzaghi一維固結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，重新推導了恒載作用時飽和黏土一維固結方程，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理論可以更好地模擬土樣的實際固結過程。在此基礎上，探討了非Darcy滲流參數(shù)對固結過程的影響。計算結果表明，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速度比Terzaghi一維固結理論值要慢。同時指出除固結系數(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)荷載作用下的固結試驗，研究了荷載周期和荷載強度對地基固結的影響?？紤]到土體處于超固結狀態(tài)和正常固結狀態(tài)時壓縮性的不同，將前述修正Terzaghi飽和黏土一維固結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)荷載固結試驗結果的對比表明，考慮非達西滲流時的理論曲線更接近試驗結果。在此基礎上，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狀態(tài)下土體壓縮性對固結進程的影

7、響。計算結果表明，在矩形波載作用下，按孔壓定義和按變形定義的固結度都隨時間增長而震蕩增加，且按孔壓定義的固結度的震蕩幅度明顯大于按變形定義的固結度。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的影響，將前述修正Terzaghi一維固結方程推廣至單調(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)和施工速度對固結過程的