非饱和土路基三维固结各向同性分析及其数值求解

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非饱和土固结问题一直是岩土工程领域的重要研究领域之一,国内外很多学者已开展了相关研究。但由于非饱和土固结问题的复杂性,即使对于公认的Terzaghi饱和一维固结理论在应用上也有一定的局限性。比较成熟的Biot三维固结理论,因没有考虑土体的非饱和性,在固结沉降计算中与实际工程有一些差异。Fredlund关于非饱和土的研究,广受研究学者的认同,但因参数多且不易求得,在实际工程固结沉降中不易实现。因此,非饱和土固结问题一直都是岩土工程领域的重要研究领域。  目前,对于地基沉降的分析计算以地基竖向线沉降计算为主,理论依据也源于弗拉曼(Flamant)以及布西奈斯克(Boussinesq)关于土体中应力分布的平面课题和空间课题。运用于工程实践的计算方法主要以分层总和法和有限元法为代表的弹性理论法和现场载荷实验法。对于路基土体的非饱和性和三维固结理论研究沉降尚未做出成熟有力的分析,所以对铁路路基土体三维固结理论研究沉降工作十分必要。  本文在前人所做固结沉降理论思路的基础上对铁路路基三维固结沉降计算方法及其计算结果进行了分析。主要工作包括:  (1)参照Biot固结变形计算的思路并结合Fredlund非饱和土的弹性本构方程,推导出能较为恰当反映非饱和土固结变形的本构模型和控制方程。  (2)利用有限元方法求解控制方程和用mathematics数学软件计算沉降值,得到沉降一时间关系曲线、孔隙水压力一时间曲线、孔隙气压力一时间曲线和侧向位移延深度的分布曲线。利用这些曲线和沉降数据对高速铁路路基沉降规律进行了初步分析。  (3)将计算结果和现场实测数据对比分析显示,高速铁路的路基天然土体沉降量比现场实测值沉降量稍大,但总体沉降规律类似。结果表明理论模型的计算方法有可行之处。
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