弹性本构关系下的固结理论普遍边界条件下Biot固结方程的解析解

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该文给出Biot方程的解析解.首先给出太沙基方程解析解与泛函通解.泛函通解给出一维、二维、三维太沙基方程解析解的普遍形式和各力学参量固定的泛函关系,它体现了太沙基固结机制在一维、二维、三维条件下的统一性和各力学参量在太沙基理论模型下的力学一致性.Biot方程事实上可表达为更简洁的形式,称之为Biot方程标准型,这种标准型在任意边界条件包括不规则边界条件下都严格成立,它除使一切计算得到简化外,而且体现了较之Biot理论原方程更为清晰的力学含义,它与孔隙水应力只与土骨架正应力耦合,不与剪应力耦合的力学特征相一致.将太沙基理论与Biot理论作为一个完整的力学体系进行严格的证明,揭示二种理论之间的普遍关系.证明Biot理论与Terzaghi理论有着相同的平均有效应力及体应变解,这一结论在任意边界条件包括不规则边界条件下都严格成立,证明太沙基理论是Biot理论在总应力不变假设下的特例.在总应力不变假设下,Biot理论褪化为Terzaghi理论,Terzaghi理论与Biot理论之间有着非常明显的力学关系,以上的工作证明了准固结理论是普遍性固结理论的一个组成部分.该文给出Mandel-Cryer效应的普遍性确定公式,并对Mandel-Cryer效应的形成机制进行了探讨,关于Mandel-Cryer效应的确定公式,给出了Mandel-Cryer效应的界限,μ取零时给出上限,为三倍于荷载产生的平均应力;μ取0.5时给出下限,与平均应力相同.这与实际经验和基于Biot理论的数值计算结果相一致.对Mandel-Cryer效应的合理确定,是该文Biot方程解析解的又一个有力验证.
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