基于非达西渗流定律的软土固结理论研究

软土的非线性压缩和渗透特性以及其中渗流并不完全符合达西定律的现象早已为人们所认识，但考虑非达西渗流的软土非线性固结理论至今尚无, 致使在实际软土地基加固和处理工程设计中目前仍只能被动地采用现有建立在达西定律基础上的固结理论。本项目拟通过系统深入的理论研究,并结合采用GDS高级固结仪进行的试验，建立和发展可考虑非达西渗流的成层软土地基非线性固结理论。在此基础上，全面分析非达西渗流和软土的非线性等因素对软土地基固结性状的影响, 以及基于达西定律的软土固结理论与基于非达西渗流定律的软土固结理论的主要差别和适用范围等。同时，绘制可供实际工程直接使用或参考的相关固结计算曲线和图表。为软土地基加固处理工程提供更为贴近实际、更合理有效的计算理论和技术。 2100433B

随着社会经济发展和基础建设的要求，电渗固结逐渐成为有巨大潜力的软土固结脱水高效处理技术。本项目通过一维土柱电渗试验，分析土体物理力学、水力学、电学性质的相关关系；研制二维物理模型试验系统，进行电渗固结试验，研究电场、流场和位移场耦合效应；建立非线性多场耦合电渗固结数学模型，开发有限元数值计算软件，模拟电渗固结过程中的电场、渗流、孔压变化和土体变形规律，与模型试验成果和现场实测数据对比分析，深入认识电渗固结机理，具有重要的学术价值。采用开发的有限元分析软件，结合模型试验和现场试验成果，分析复杂边界条件下电渗固结过程中土体物理力学参数和电场参数的变化规律，预测孔隙水压力、土体变形和工程性质变化过程，研究电渗固结效率的主要影响因素，提出电渗固结技术的优化设计方案，应用于软土地基处理等工程实践，有广泛的工程实用价值。

随着社会经济发展和基础建设的要求，电渗固结逐渐成为有巨大潜力的软土固结脱水高效处理技术。本项目通过一维土柱电渗试验，分析土体物理力学、水力学、电学性质的相关关系，提出了电渗参数随土体孔隙比变化的非线性经验公式；研制轴对称物理模型试验系统，可以进行电渗固结与其它处理技术耦合的模型试验，实时监测电压、孔隙水压力、土体位移等物理量的变化特征，研究电场、流场和位移场耦合效应；建立三维非线性多场耦合电渗固结数学模型，采用土体位移、总水头和电势作为基本未知量，并针对常见工程实际情况对理论模型进行简化，推导了不同边界条件下的孔隙水压力和固结度时空变化过程的解析解；开发有限元数值计算软件，模拟电渗固结过程中的电场、渗流、孔压变化和土体变形规律，与模型试验成果和现场实测数据吻合良好，表明软件可以合理描述电渗固结过程。本项目研究深入认识电渗固结机理，提出非线性多场耦合电渗固结了理论模型，具有重要的学术价值。采用开发的有限元分析软件，结合模型试验和现场试验成果，分析复杂边界条件下电渗固结过程中土体物理力学参数和电场参数的变化规律，预测孔隙水压力、土体变形和工程性质变化过程，研究电渗固结效率的主要影响因素，提出电渗固结技术的优化设计方案，应用于软土地基处理等工程实践，有广泛的工程实用价值。 2100433B

我国东南沿海地区软土地层广泛分布。深厚软土路基工后长期沉降可导致安全事故和重大损失。超载预压法处理的深厚软基工程的工后沉降问题具有普遍性，主要原因是超载卸荷后形成的超固结软土的蠕变变形，软基低路堤还应考虑交通荷载的影响。本项研究基于Bjerrum时间平行线理论，建立超固结软土次固结系数的理论模型和一维蠕变沉降模型；根据超固结软土侧压力系数与应力历史的关系，建立一维蠕变理论拓展模型；结合超固结软土的三维蠕变性状，建立三维蠕变体变模型；根据流动法则建立体变和轴向应变的关系，构成三维蠕变沉降统一模型。基于等效时间的思想，建立现场软土蠕变过程时间状态的确定方法，形成考虑三维效应的蠕变沉降算法。依据蠕变模型，以分时段不同恒载蠕变过程迭加逼近低频小幅循环荷载过程，建立循环荷载累计应变迭加模型，最终形成考虑蠕变三维效应和交通荷载的超固结软土沉降模型。研究成果对土力学沉降计算理论也有重要价值。