軟粘土地基非線性有限應(yīng)變固結(jié)理論及有限元法分析.pdf

1、沿海和沿江河地帶廣泛分布著深厚的軟粘土層，在軟粘土地區(qū)進(jìn)行高速公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)等土木工程建設(shè)時(shí)常常需要進(jìn)行地基處理。用堆載預(yù)壓、真空預(yù)壓和真空聯(lián)合堆載預(yù)壓等排水固結(jié)處理方法處理深厚軟粘土地基時(shí)，有時(shí)地基沉降可高達(dá)數(shù)米。土體變形較大時(shí)，用Terzaghi和Biot小應(yīng)變固結(jié)理論進(jìn)行固結(jié)分析可能會(huì)帶來(lái)較大的誤差。當(dāng)土體固結(jié)過(guò)程中應(yīng)變較大時(shí)，土體的性質(zhì)改變顯著，土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系呈明顯的非線性，土體的滲透性變化也較大，土體大應(yīng)變固結(jié)分析時(shí)應(yīng)該同

2、時(shí)考慮幾何非線性、材料非線性、滲流的非線性。土體大應(yīng)變固結(jié)過(guò)程的這三個(gè)非線性大大增加了土體大應(yīng)變固結(jié)問(wèn)題研究的復(fù)雜性和難度。目前同時(shí)考慮幾何非線性、材料非線性和滲流的非線性的土體大應(yīng)變固結(jié)研究的成果還不多。本文對(duì)土體非線性有限應(yīng)變固結(jié)的理論、解析解法和有限元數(shù)值解法進(jìn)行了研究，對(duì)幾何非線性、材料非線性和滲流非線性對(duì)土體固結(jié)的影響進(jìn)行了較全面的分析。 通過(guò)對(duì)Gibson的土體一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)理論的研究分析，應(yīng)用場(chǎng)擴(kuò)散方程的分

3、離變量解法，給出了Gibson土體一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)簡(jiǎn)化控制方程的解析解。利用該解析解，計(jì)算分析了土體一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)理論和經(jīng)典的Terzaghig一維小應(yīng)變固結(jié)理論求解土體一維大變形固結(jié)問(wèn)題的差別。研究分析了不同學(xué)者簡(jiǎn)化土體一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)微分控制方程所采用的假設(shè)，及由于采用不同假設(shè)得到關(guān)于土體一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)結(jié)論的差異。 根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有限變形理論，建立了Lagrange描述的土體三維非線性有限應(yīng)變固

4、結(jié)的平衡方程、幾何方程、本構(gòu)方程和連續(xù)性方程；這四個(gè)方程組成了土體非線性有限應(yīng)變固結(jié)的控制微分方程。 建立了土體非線性有限應(yīng)變固結(jié)控制微分方程的更新的拉格朗日有限元列式，給出了考慮幾何非線性，本構(gòu)關(guān)系的非線性、滲流的非線性的土體非線性有限應(yīng)變固結(jié)的有限元分析方法。 依據(jù)土體非線性有限應(yīng)變固結(jié)分析的有限元方法，研究了幾何非線性，土體壓縮性和滲透性在固結(jié)過(guò)程中的變化對(duì)軟粘土一維有限應(yīng)變固結(jié)的影響。研究結(jié)果表明軟粘土的壓縮指數(shù)

5、Cc滲透性變化指數(shù)Ck是影響軟粘土地基一維有限應(yīng)變固結(jié)的兩個(gè)重要土力學(xué)參數(shù)；通過(guò)和Terzaghi～維小應(yīng)變固結(jié)理論計(jì)算結(jié)果的比較分析、和軟粘土地基一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)解析理論結(jié)果的比較分析，得出了軟粘土地基一維非線性有限應(yīng)變固結(jié)的一些重要結(jié)論。在比較非線性有限應(yīng)變固結(jié)理論和線性小應(yīng)變固結(jié)理論分析同一軟粘土地基平面應(yīng)變固結(jié)問(wèn)題差異的基礎(chǔ)上，探討了幾何非線性、材料非線性和固結(jié)過(guò)程滲流非線性這些因素對(duì)軟粘土地基平面非線性有限應(yīng)變固結(jié)過(guò)程的