考虑Hansbo渗流的二维Biot固结分析

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用基于Darcy渗流的传统多维固结理论对实际地基进行的固结沉降预测值有时与实测值相比有较大的偏差,这其中一个重要的原因在于饱和黏土渗流特性并不符合Darcy定律。本文将描述黏性土渗流的应用较为广泛的Hansbo渗流模型引入到二维线弹性Biot固结理论中,重新推导了有限元固结方程,并编制了Fortran90计算程序。通过和一维固结理论计算结果的对比,验证了该程序的有效性。最后利用该程序对某算例进行了数值分析,初步讨论了非Darcy渗流参数、地基厚度等对土体固结和曼德尔效应的影响,并得到结论如下:(1)对于饱和软黏土天然地基的Biot固结问题,考虑渗流非Darcy特性能够有效降低土体中孔隙水压力的消散速率;对于线弹性变形土体,这将会降低地基土的固结速率和沉降速率。Hansbo渗流模型的渗流参数m或il越大,或者地基厚度越大,孔压消散就越慢,导致相同时刻的平均固结度越小,即渗流固结速率也越慢。(2)地基表面的竖向位移在考虑非Darcy渗流特性后有明显的变化。Hansbo渗流模型的渗流参数m或il取值越大,则发生沉降部分的地表沉降量越小,产生隆起部分的地表隆起值越大。(3)无论考虑渗流的非Darcy特性与否,在固结早期都存在孔压先升高后降低的现象,即曼德尔效应。随着地基深度的增加,曼德尔效应现象发生的时间会推迟,且持续时间延长。此外,考虑非Darcy渗流特性的固结问题中,渗流参数m或li越大,曼德尔效应现象发生的时间越延迟,且持续时间延长,对应的峰值孔压越大。
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