高等土力学论文结课报告作业

2014届高等土力学固结问题的读书笔记姓名刘兴顺学号2014210046专业桥梁与隧道工程系（院）建筑工程学院教师陈颖辉2015年4月19日昆明理工大学高等土力学作业固结问题的读书笔记说起对固结的认识，大概上小学的时候就注意到这一现象了，由于我的故乡在河南，主要是湿陷性黄土，记得每次下过大雨，田地里面松软的土面在经过一段时间会比雨前要低一些，太干的话有的地方还会开裂，虽然那时候还不知道这种现象叫固结，但这大概就有了一个初步的印象。进入大学后，随着对土力学课程的学习，才知道小时候的那种现象就是固结，但由于那时候学的不太好，还不特别的了解。在读研期间，随着学习的更加深入，还有陈老师认真负责的教导，使得我对这一现象的认识更加全面。所谓固结，就是一种过程，是指在荷载作用下，土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下，随着时间发展，土体中水被排出，超孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超孔隙水压力完全消散。其中土在固结过程中，其性状和性质也发生了变化，随着土中水的排出，土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小，随着有效应力逐步增大，土体搞剪强度提高。研究这一现象对实际工程有很大的效用，常用这两种特性能通过排水固结法对软粘土地基进行改良，达到提高地基承载力、减少工后沉降的目的。由于土体是多相体，又是自然历史的产物，所以土体的变形规律比较复杂，因此土体的因结过程相当复杂。为了对固结的理论知识有一个系统清醒的认识，书上先介绍的是一维固结理论，又叫单向固结。假设土体在荷载作用下土中水流动和土本的变形公发生在一个方向的土体固结问题。首先建立土体的固结物理模型，土颗粒骨架代表弹簧，水就是孔隙中的水，其中土的渗透性和排水条件用假设的活塞上的小孔来指代。当有茶载时，水还来不及从小孔中排出，弹簧未被压缩，荷载全部由水所承担，水中产生超静孔隙水压力，此时。随着时间的进展，水不断从小孔中向外排出，弹簧受到压缩，弹簧中应力逐步增大，弹簧中应力代表土体中有效应力，水中超孔隙水压力逐渐减小。有效应力与超孔隙水压力之和称为总应力。当水中超孔隙水压力减小至零时，水不再从孔中排出，弹簧压缩稳定，弹簧中有有效应力。在整个过程中，总应力等于有效应力和超孔隙的和。但这一理论有如下的假设：土体是饱和均匀的；土中固液相在固结过程中体积是不可压缩的；土中水渗流服从达西定律；渗透系数是常数；压缩系数也是常数；外部荷载是一次瞬时施加的；土体固结变形是小变形；土中渗流和土中变形只发生在一个方向。然后再建立固结方程，再用边界条件和数学方法解出。固结度是指某一荷载作用下经过时间土体固结过程完成的程度称为固结度。土体在固结过程中完成的固结变形和土体搞剪强度增长均与固结度有关。在固结试验中，人们发现当超孔隙水压力消散后，试样的变形随时间发展而继续增大，这一现象称为次固结，变形称为次固结变形。对应于次固结，半孔隙水压力消散土体固结过程称为主固结。一般认为次固结就是蠕变。次固结系数的影响因素很多，它与粘土矿物成份昆明理工大学高等土力学作业和物理化学环境有关。固结压力和孔隙比绎次固结系数的影响，对正常固结土来说，次固结系数与固结压力大小无关，但与固结大小主应力比有关。次固结变形在总变形中的比例并非常数。它与荷载增量比有关，荷载增量比越大，其比值越小。但是在实际工程中，二维固结和三维固结情况占多数。二维固结和三维固结常称为多维固结。在多维固结问题中，水中渗流和土体的变形都是多维的。为了求解多维固结扔问题，首先将一维固结方程抓推广至多维条件，得到扩散方程。饱和土固结过程中，流经土体单元体表面的水量变化率与土体体积变化率相等，根据有效应力原理，总应力，有效应力和孔隙水压力的关系可得体积应变对各主应力的变化率相等。当外荷载保持常数时，总应力不随时间变化。三维固结情况下，比奥从连续介质出发，建立了固结理论。运用变分原理提出了固结方程有限单元法，结合有限单元法和有限差分法求解了比奥固结方程。砂进固结是指采用排水固结法改良软土地基采用的方法。但运用砂进固结理论要用到下面几个假设：土体是饱和均匀的；土粒中的水是不可压缩的；土中水的渗流服从达西定律；每个砂井的有效影响范围为一圆柱体；外部荷载是一次瞬时施加的；土体变形是小变形；土体只有轴向压缩变形；土体的渗透系数等于常数，坚向与径向可不相等；土体的压缩系数是常数，坚向与径向可不相等。在求解相关方程时比较困难，所以进行了两种假设：一是自由应变假设；二是等应变假设。在固结过程中，地基土体中固结排出的水流向砂井，再通过砂井沉向砂垫层而排出。实际工程中的砂井对渗流是有一定阻力的，并对土体的固结速率产生影响，通常称为进阻作用。考虑井阻和涂抹作用，砂进存在临界长度问题。当砂井长度超过某一长度时，增加砂井长度对加速地基固结作用甚小。非饱和土在荷载作用下固结的机理与饱和土在荷载作用下的固结机理存在显著的差别。非饱和土中气体具有很高的压缩性，固结过程中，土中水和气会发生相互作用，非饱和土要涉及两种介质的渗透性，并且两者都与土的含水量和吸力密切相关。非饱和土的渗透性受土的结构性影响相当显著。这些合非饱和土的固结过程非常复杂。广义固结过程必须遵循自然界有关规律，即平衡方程；质量守恒规律；热量转化与守恒规律。为了让问题简单化，作一些基本假设：土体是均质各向同性的；变形属于小变形；土粒与孔隙水为不可压缩体；孔隙水与孔隙气体各向连胜，可在各自的压力梯度和温度梯度下运动，服从达西定律；孔隙气体的压缩溶解分别服从波尔与亨瑞定律。然后再通过平衡方程、几何方程、力学本构方程、孔隙流体的质量守恒方程、热量守恒方程和克里特状态方程以及一些初、边值条件进行数学力学模型的求解计算。