当前课程知识点：高等土力学 > 第5章 土的压缩与固结 > 5.6 关于土体固结的其他问题简介 > 5.6 关于土体固结的其他问题简介
现在我们学习第六节
关于土体固结的其它问题简介
第六节包括三部分内容
一大变形固结理论
二非饱和土的固结问题
三固结试验—连续加载压缩试验方法
先介绍第一部分大变形固结理论
研究大变形问题常用两种方法
一是拉格朗日法
以物体变形前的初始构形B为参照
质点变形前的坐标为自变量
同坐标 同质点所以也称
物质描述法多用于固体力学
另一方法是欧拉法
以物体变形后的构形B'为参照
同一坐标 在不同时刻 由不同质点
占据也称空间描述法多用于流体力学
某质点初始坐标为xi0
变形后位移为ui
则变形后的坐标为
xi=xi0+ui
采用拉格朗日法时
以变形前的坐标x0为自变量
任意点变形后的坐标
为x=x(x0t)
任一变量A可表示为
A=A(x0t)
采用欧拉法时
以变形后的坐标x为自变量
任意点变形前的坐标为x0=x0(xt)
任一变量A可表示为A=A(xt)
小变形条件适用于
位移比物体尺寸小得多的情况
采用柯西应变张量εij
只含有位移对初始坐标
微分的一次项如式a所示
对于大变形问题拉格朗日法
采用格林应变张量（大）Eij
除含有位移对初始坐标微分的一次项
还含有二次项如式b所示
欧拉法采用欧拉应变张量
（小）eij
除含有位移
对变形后坐标微分的一次项
还含有二次项如式c所示
固结问题常采用的
大变形固结计算方法有
全拉格朗日坐标法
和更新拉格朗日坐标法
前者坐标不变
后者每一增量步结束时更新一次坐标
下面讨论非饱和土的固结问题
这一问题的特点是建立方程非常复杂
原因之一是连续性条件复杂表现为
一部分气体要从土体中排出
未排出的气体在压力下
体积发生变化密度改变
一定量的气体溶解于孔隙水中
原因之二是渗透特性复杂
表现为涉及两种介质的渗透性
并且都与土的含水率和吸力密切相关
吸水与脱水时渗透性不一致
亦即它们与含水率的关系
并非一单值函数
渗透系数受土的结构性的影响很大
测定渗透系数并保证结构性不受影响
常需要不同于常规试验的测试技术
原因之三是有效应力原理复杂
对于非饱和土
常用两种表达式 一为毕肖普公式
σ'=σ-ua+x(ua-uw)
弗雷德伦德采用净应力
σ*=σ-ua和吸力
s=ua-uw双变量来描述
弗雷德伦德采用净应力
σ*=σ-ua和吸力
s=ua-uw双变量来描述
表达式中的各参数测定比较复杂
往往不易得到稳定的数值
比如体应变增量公式
Δεv=m1Δσ*+m2Δs中的
m1和m2
还有其它的原因比如
非饱和土渗流的非线性
固结过程中颗粒 水
气的相互作用等等
下面介绍下弗雷德伦德非饱和土
单向固结理论
一般认为非饱和土是三相体系
但弗雷德雷德从“相”的定义出发
将非饱和土视为四相体系
即将土中水的分界面当做第四相
并称其为收缩膜
这是因为该膜是不同于
其两侧介质的另一种物质
这样土骨架与收缩膜
在力系作用下处于平衡状态
而水 气两相
则在压力梯度下引起流动
未料研究土体的平衡
为了研究土体的平衡如前所述
弗雷德雷德选用了净应力
与基质吸力作为应力状态变量
非饱和土上的作用力系如图所示
下面看看该理论的基本方程
首先给出连续性条件
假设土粒不可压缩收缩膜无体变可言
则土体的
体积变化满足如下方程
ΔVv/V0=ΔVw/V0=ΔVa/V0
V0为土体总体积
ΔVv为孔隙体积变化
ΔVw ΔVa分别为
水相与气相的体积变化
上述连续性方程
还需结合本构关系才能解出
土骨架 水和气体的体积变化
可认为均由净应力
与基质吸力的变化引起
分别由式a b和c表示
m1ks m1kw m1ka
分别为土骨架 水和气体
对应于净应力的体积压缩系数
m2s m2w m2a分别为
土骨架 水和气体
对应于基质吸力的体积压缩系数
这里给出了各相应力状态变量
和体积变化关系的空间曲面
a为土骨架本构面
b为液相本构面c为气相本构面
显然b+c=a关于渗透规律
液相渗流符合Darcy定律
气体流动符合Fick定律
其中Da为土中空气流动的传导系数
c为空气的浓度
在建立固结方程时做了如下假定
一气相是连续的
二在固结过程中土骨架
及其中各相的体积变化系数
均保持为常量
三液相 气相渗透系数在固结过程中
是应力状态或土的体积
质量特性的函数
四 不考虑气体溶解于水和水汽蒸发
五土粒与水均不可压缩
六固结过程中发生的应变均为小应变
根据以上关系和假设可得出固结方程
这里给出了液相微分方程其中Cw为
与液相方程有关的相互作用常数
Cvw为与液相有关的固结系数
Cg为重力项常数
这里给出了气相微分方程其中
Ca为与气相方程
有关的相互作用常数
Cva为与气相有关的固结系数
几十年来非饱和土固结问题研究
不断取得进展
Dak’sha’na’mur’thy等1984年
将非饱和土的固结理论推广到三维
Wong等1998年开发了
非饱和土耦合固结的
多维数值分析程序
Oettl等2004年
提出了三相介质耦合模型
并对心墙土石坝进行了渗流固结分析
杨代泉1990年考虑热量守恒定律
吸力状态方程等建立了非饱和土的
渗流固结模型并给出了多种简化形式
陈正汉等2001年建立了
非饱和土的非线性固结模型
和弹塑性固结模型并应用于实际工程
殷宗泽等2009年
改进了非饱和土固结
混合流体简化方法
并应用于心墙土石坝的水力劈裂分析
下面简单介绍固结试验中
连续加载压缩试验方法
在常规的固结试验中是分级加载
从12.5kPa开始
荷重比为1.0
如果要测定原状土的先期固结压力
初始段的荷重比
可采用0.5或0.25
每级荷重常需24小时
量测时间-变形关系
这种试验常需一周甚至十余天
并且加载方式
与实际施工情况差别较大
因而开发了连续加荷压缩试验方法
这种方法可减少工作量
缩短试验时间
目前已经制成了完全自动化的装置
常用的连续加荷压缩试验方法有
一恒应变速率试验法简称CRS法
加荷时控制试样的变形速率为常量
二恒荷重速率试验法
简称CRL法
加荷时控制试样上
应力增长速率为常量
三控制孔压梯度试验法简称CGC法
加荷时保持试样底部的
孔隙水压力为常量
四
控制孔隙水压力比试验法
简称λ法加荷过程中
控制试样底部孔隙水压力与总应力的
增量比即λ小于某一数值
第六节结束
第五章结束
-0.1 岩土工程的学科特点与发展
-0.2 土力学学科的发展历史
-0.3 岩土工程实践的发展
-0.4 理论与工程的检验
-0.5 岩土工程的可持续发展
-第0章 绪论-作业
-1.0 概述
--1.0 概述
--1.0 概述-作业
-1.1 室内试验
--1.1 室内试验-作业
-1.2 模型试验
--1.2 模型试验
--1.2 模型试验-作业
-1.3 原位测试与现场观测
--1.3 原位测试与现场观测-作业
-1.4 试验的检验与验证
-2.1 概述
--2.1 概述
--2.1 概述-作业
-2.2 应力和应变
--2.2 应力和应变-作业
-2.3 土的应力变形特性
--2.3 土的应力变形特性-作业
-2.4 土的弹性模型
--2.4 土的弹性模型-作业
-2.5 土的弹塑性模型的一般原理
--2.5 土的弹塑性模型的一般原理-作业
-2.6 剑桥模型
--2.6 剑桥模型-习题
-2.7 其它典型弹塑性模型
--2.7 其它典型弹塑性模型-作业
-3.1 概述
--3.1 概述-作业
-3.2 土的抗剪强度的机理
--3.2 土的抗剪强度的机理-作业
-3.3 土的强度与土的物理性质
--3.3 土的强度与土的物理性质-作业
-3.4 影响土的强度的外部因素
--3.4 影响土的强度的外部因素-作业
-3.5 土的排水与不排水强度
--3.5 土的排水与不排水强度-作业
-3.6 土的强度理论
--3.6 土的强度理论-作业
-3.7 黏性土的抗拉强度
--3.7 黏性土的抗拉强度-作业
-4.1 概述
--4.1 概述
--4.1 概述-作业
-4.2 饱和土的渗透性和基本方程
--4.2 饱和土的渗透性和基本方程-作业
-4.3 饱和土二维渗流和流网
--4.3 饱和土二维渗流和流网-作业
-4.4 饱和渗流数值计算方法
--4.4 饱和渗流数值计算方法-作业
-4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力
--4.5 非饱和土中水的形态和基质吸力-作业
-4.6 非饱和土土水特征曲线
--4.6 非饱和土土水特征曲线-作业
-4.7 非饱和土的渗透性和数值计算
--4.7 非饱和土的渗透性和数值计算-作业
-5.1 概述
--5.1 概述
-5.2 土的压缩与地基的沉降
--5.2 土的压缩与地基的沉降-作业
-5.3 地基沉降的计算方法
--5.3 地基沉降的计算方法-作业
-5.4 单向固结的普遍方程及一般问题
--5.4 单向固结普遍方程及一般问题-作业
-5.5 土的三维固结理论
--5.5 土的三维固结理论-作业
-5.6 关于土体固结的其他问题简介
--5.6 关于土体固结的其他问题简介-作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 边坡稳定分析方法
-6.3 最小安全系数和潜在滑动面的搜索方法
-6.4 极限平衡法边坡稳定分析的一些结论
-6.5 塑性力学上下限定理简介
-6.6 基于有限单元法的边坡稳定分析
-6 边坡稳定分析-作业
