大变形固结理论最终沉降量分析_丁洲祥

岩土工程中的固结与沉降分析

岩土工程中的固结与沉降分析岩土工程是建筑和土木工程中的重要分支，涉及到土壤和岩石的力学性质以及它们与结构物之间的相互作用。

在进行岩土工程设计和施工时，必须对土壤和岩石进行固结与沉降分析，以确保结构物的稳定和安全。

固结是指土壤颗粒之间排列的重新调整过程。

当外部荷载施加到土壤上时，土壤颗粒之间会发生重新排列，使土壤体积减小。

同时，由于土壤中的水分向外排出，土壤中的有效应力也会增加，导致土体的强度增加。

固结是一种不可逆的过程，只能通过重新排列颗粒来改变土体的结构。

固结的主要原因是土壤重力的作用和胀缩引起的体积变化。

重力对土壤的压缩会导致粒间通孔径减小，颗粒排列更加紧密，从而使土壤体积减小。

胀缩则是由于土壤中的含水量变化引起的，当土壤中的水分减少时，土壤会发生收缩，体积减小。

固结分析的目的是根据土壤的力学性质和外部荷载的大小，来估计土壤的固结变形和孔隙水压力的变化。

沉降是指土壤体积变化引起地表下陷的现象。

这种下陷会导致结构物的沉降，可能会引起结构物的变形和破坏。

在岩土工程中，通常需要对土壤的沉降进行分析和预测，以确保结构物的稳定性和安全性。

土壤的沉降主要有两个原因：固结引起的沉降和不可压缩土壤的压缩引起的沉降。

前者是由于土壤的固结过程导致的体积变化引起的沉降，后者是由于土壤的压缩性引起的体积变化引起的沉降。

固结引起的沉降是一个时间较长的过程，需要通过实验和模型分析来预测。

而不可压缩土壤的压缩引起的沉降则可以通过简单的计算公式来估算。

在固结与沉降分析中，常用的方法包括基于试验数据的经验公式和基于物理原理的理论模型。

经验公式是根据大量实验数据总结得出的经验规律，能够提供一定程度的准确性。

理论模型则是基于土壤力学原理和物理原理建立的数学模型，能够提供更深入的分析和预测。

然而，在进行固结与沉降分析时，还需要考虑土壤的非饱和性质。

非饱和土壤是指含有气体和液体两相介质的土壤，其力学性质和固结与沉降行为与饱和土壤存在差异。

基于实测沉降的填海工程固结度和最终沉降分析

基于实测沉降的填海工程固结度和最终沉降分析（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）摘要：结合澳门某填海工程地基处理的实测沉降数据，采用三点法、双曲线法和Asaoka法推算软基的固结度和最终沉降量，分析了各种计算方法的适用性和局限性，有效指导了工程施工，为今后类似填海工程的监测工作提供了有益的参考。

关键词：堆载预压；原位监测；固结度；最终沉降；港口工程引言在设计阶段，可通过太沙基固结理论计算出软弱地基固结度的变化过程，而在施工过程中，则需通过实测沉降数据进行分析，用以指导工程施工。

目前常用的基于实测数据的最终沉降计算方法包括三点法、双曲线法和Asaoka法。

本文结合澳门某填海工程的软基处理案例，对这几种常用的方法进行系统比较，分析其优缺点和适用条件，为在工程中的应用提供一定的借鉴。

1 工程概况1.1 工程地质条件根据地质勘查资料，工程所处的海底表层为河流堆积形成的软弱淤泥层。

土层按成因时代、岩性特征基本划分为4层：①淤泥层，为全新统海相沉积物，灰色，流塑，厚度8～11.8m，平均约10.0m；②杂色黏土层，为晚新统海相沉积物，可塑～硬塑，标贯击数9～10击；③粗砂、强风化花岗岩层；④弱风化花岗岩层。

天然地基各软土层的物理力学指标见表1。

表1 土层物理力学指标土层含水量W/%孔隙比e固结系数Cv/(cm2·s-1)压缩模量Es/MPa c/kPa φ/(°)c/kPaφ/(°)直剪快剪直剪固快淤泥66.4 1.94 0.6 x10-3 1.79 1.8 8.7 3.4 10.4杂色黏土32.1 0.91.54x10-3 4.41 8.5 20 9.1 30 1.2 真空联合堆载预压方案1）砂垫层：自天然泥面吹填中粗砂至3.5m，作为真空预压起始高程。

2）插打塑料排水板：采用高性能可测深塑料排水板，正方形布置，间距1.0m，排水板穿透淤泥层并进入黏土层不小于1.0m。

大面积吹填砂后地基的最终沉降量和固结度分析

Ｋｅｏｄｓｌｒｅ— ｒａｒｃａｔｎｏａｄｉａｅｔｍｅｔｙｅｂｌｔｏ；ｔｒｅ— ｏｎｔｏ；ｙｗｒ：ａｇ — ｅｅｌｍａｉｆｓｎ；ｆｌｓｔｅｎ；ｈｐｒｏｉｍｅｈｄｈｅ — ｉｔｍｅｈｄａｏｎｌｃｐ
关键词：大面积吹填砂；最终沉降量；双曲线法；三点法；固结度中图分类号：Ｔ７．Ｕ４１８文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ９２２０）７０４ — ４０２４７（０８０ — １３０
ＡｎａｙｉｆＧｒｕｎｎｌＳｔｌｍｅｎｄＣｏｏｉｔｏｇｅｌｓｓｏｏｄＦｉａｅｔｅｎｔａｎｓｌｄａｉｎＤｅｒｅａｔｒＬａｇ．ａｅｃａａｉｎｏｎｄｆｅｒｅ．ｒａＲｅｌｍｔｏｆＳａ
２ＳａｇａＨｎｙａｕｌｙｎｐｃｏｒａｂｒｒｊｃｏ，ｔ．ｈｎｈｉ０１０Ｃｉａ．ｈｎｈｉａｇｕｎＱａｔＩｓｅｔｎｆｒｏｏｅｔＣ．ｄ，ａｇａ２０２，ｈｎ）ｉｉｏＨＰｓＬＳ
ＡｂｔａｔＡｆｒｌｒｅａｅｅｌｍａｉｎｏａｄｏｏｒｕｄａｈｎｈｉＹａｇｈｎｄｅｔｒｐｒｓａｓｒｃ：ｔａｇ — ｒａｒｃａｔｆｓｎｎｓｆｇｏｎｔＳａｇａｎｓａｅｐｗａｅｏｔｅｅｏｔ
ａｅ，ｓｒｔｅｓｔｌｍｅｔａａｆｔｇｏｎｗｅｅｂｅｖｄｎｄｎａｙｅｒａｔａｉｄｅｔｅｎｄｔｏｈｅｒｕｄｉｆｒｏｓｒｅａａｌｚｄ，ａｃｒｎｔｗｈｃ，ｉｆｕｅｅｆｃｏｄｉｇｏｉｈｎｌｎｃｏｏｓｒａｉｎｔｍｅｏｒｕｄｆｎａｅｔｍｅｔＳｐｅｃｉｎｗａｔｄｅｙｕｉｇｈｐｒｏｉｔｄａｄｔｅｐｉｔｂｅｔｏｉｎｇｏｎｖｉｌｓｔｅｎｒｄｉｔｏｓｓｕｉｄｂｓｎｙｅｂｌｃｍｅｈｏｎｈｒｅ— ｏｎｌｍｅｈｄｔｏ．Ｃｏｉｉｇｗｉｈｔｅｇｏｏｉｅｏｒｅ，ｔｅｃｌｕｌｔｏｔｄｏｏｌｌｙｒｃｎｏｉａｉｎｗａｒｐｓｄｍｂｎｎｔｈｅｌｇｃｒｓｕｃｓｈａｃａｉｎｍｅｈｏｆｓｉａｅｏｓｌｄｔｏｓｐｏｏｅｕｄｅａｋｏｉｉｌｅｔｅｎａａｄｒｎｅｉｄｆｏｂｇｎｎｎｆｅｌｍａｉｎｔｔｒｆｏｅａｉｎｎｒａｌｃｆｉｔａｔｌｍｅｔｄｔｕｉｇｔｐｒｏｒｍｅｉｉｇｏｃａｔｏｏｓａｏｂｓｒｔｏ．ｎｓｈｅｒｔｖ

大直径灌注筒桩轴向荷载-沉降曲线的一种解析算法

第 26 卷第 4 期 2005 年 8 月文章编号：（2005） 1000 - 6869 04 - 0123 - 07
建筑结构学报 Journai of Buiiding Structures
Voi. 26， No. 4 Aug. 2005
大直径灌注筒桩轴向荷载 - 沉降曲线的一种解析算法
于分析实芯桩的承载特性，国内外许多学者在研究桩
［3 ~ ll］的荷载传递函数特性上做了许多有益的工作。
筒桩内土芯工作机理复杂，受多种因素制约而变化，其大小与桩土特性、筒桩内径、桩入土深度及进入持力层深度等密切相关。筒桩的荷载传递机理的复杂性制约了筒桩承载理论的发展与工程应用，其工程设计方法
]
又由于桩顶位移 S O 等于桩端位移 S B 及桩身弹性压缩之和，得 EA （ S O cOsh - S B）（4） l sinh 根据 S u 和 S bu 的相对大小分两种情况求解。由桩 PO = 土体系简化力学模型，可得 P B = Ak a S B S B # S bu ［ k a S bu + k（］ S B > S bu PB = A b S B - S bu）
降量控制基桩承载力极为重要，工程实践迫切要求对筒桩沉降与变形承载力的机理进行深入研究。
［2］自 1957 年 SEED 和 REESE 提出荷载传递法，用
123
小。因此，桩周土将由浅向深逐渐进入塑性阶段直至破坏。
图l Fig.l
大直径薄壁灌注筒桩
Thin-waiied cast-in-situ tubuiar 态。
图2 Fig.2
筒桩桩土体系的简化力学模型
按桩顶沉降量控制基桩竖向承载力的计算方法，考虑土体强度沿深度线性变化的特性，综合考虑桩土作用机理，筒桩与外侧土、内侧土分别采用弹塑性、弹性荷载传递函数，桩底土采用双折线荷载传递函数对筒桩的轴向荷载-沉降曲线进行了解析推导。利用该算法可以得到各级荷载下桩身轴力及桩侧摩阻力的分布，以分析桩的受力特性和桩的设计。为了得到桩土系统承载的一般特性，揭示其内在规律性，获得清晰的概念，本文在假定桩及土均为均质的基础上，通过求解微分方程计算得出各项计算公式。并对筒桩的实测荷载-沉降曲线进行了理论拟合，验证了本文公式的实用性。

§2-4固结理论教程

0<t<∞以及z=H时而 u=0
u 0 z
分离变量法求解：
1 mz m u p sin e m1 m 2H 4

2
2
4
Tv
(2-143a)
式中，m——正奇数（1，3，5......）；
Tv——时间因数，无因次，表示为
dV mv
u dzdt t
q u mv z t
q ki k
h k u z w z
u 2u Cv 2 t z
(2-129)
饱和粘土固结过程
所以,在假设土层受力后产生的压缩是进有垂直向渗水引起,则:
u 2u Cv 2 t z
(2-129)
dt内，单元体上的有效应力增量为dσ/，则单元体体积的减小为
饱和粘土固结过程
dV mv d dz
由于在固结过程中，外荷保持不变，因而在z深度处的附加应力也为常数，则有效应力的增加将等于孔隙水应力的减小
u d d ( p u ) du dt t
dV mv d dz
Tv
Cvt H2
其中，H为最大排水距离，在单面排水条件下为土层厚度，在双面排水条件下为土层厚度的一半。式（ 2-143a ）表示土层和受荷情况在单向固结条件下，土体中孔隙水应力随时间、深度而变化的表达式。孔隙水应力是时间和深度的函数。任一时刻任一点的孔隙水应力可由式（ 2-143a ）求得。
下面简单介绍饱和土体依据渗流固结理论为基础解决地基沉降与时间的关系（最简单的单向固结）——1925年太沙基提出
固结：饱和土体在某压力作用下，压缩随着孔隙水的逐渐向外排出而增长的过程；
一、单向固结模型
土的单向固结模型是一个侧壁和底部均不能透水，其内部装置着多层活塞和弹簧的充水容器。当模型受到外界压力作用时，由弹簧承担的应力即相当于土体骨架所承担的有效应力σ′，而由容器中的水承担的应力即相当于土体内孔隙水所承担的孔隙水应力u。

真空联合堆载预压大变形固结有限元分析

ｗｉｔｈａｈｉｇｈｗａｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｅｇｍｅｎｔ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｄａｔａｒｅａｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａ．Ｄａｔａｎａａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｌｒｇａｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｈｅｏｙｒｏｎｔｒｅａｔｉｎｇｄｅｅｐｓｏｆｔｃｌａｙｗａｓｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．
随着我国经济和交通基础建设的迅猛发展，沿海地区的高速公路建设也进入了一个全新的时期．与此同时，我国沿海地区存在大量沉积软土，由于软土的特殊性，势必对高速公路的工后稳定和沉降产生影响．因此，有必要对软弱地基进行处理．软基处理方法大体上可分为排水固结法、动力固结法、置换法、复合地基法．这些处理方法都有各自的优点、适用范围和存在的问题．从工期和造价两方面考虑，
ＶｂＩＪ２５ＮＯ．１Ｍａｔ．２０１３
真空联合堆载预压大变形固结有限元分析
刘昌鸿，马石城
（湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭，４１１１０５）
摘要：利用有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ，分别采用小应变理论和大变形理论，对真空联合堆载预压法处理软
第２５卷第１期２０１３年０３月

2008年同济大学优秀出站博士后候选人-丁洲祥

岩土力学岩土力学岩土力学岩土力学岩土力学
Biot 固结有限元方程组的病态规律分 EI: 071310513769 析
大直径灌注筒桩单桩竖向承载机理 EI：070610414995 分析
大变形有效应力分析退化为总应力 EI: 070710427419 分析的新方法
Jaumann率型一维大变形本构关系的 EI: 070610414820 双曲线模型
基金青年基金
国家自然科学基金
基于非保守体系的 Gibson大变形固 50708077 结多维模型理论研究
3
大变形固结理论最终沉降量分析
论文 EI
岩土力学
基于不同客观本构关系的路基大变 EI：064410214626 形固结分析
专利
同济大学百年校庆论文土体强非线性耦合扰动状态理论及
专辑
其相似解
论文
岩土力学
地基沉降大变形有限元分析的几何录用待刊刚度效应
论文
岩土力学
对经典小变形固结理论固结系数的录用待刊辨析1Leabharlann 丁洲祥博士在站期间成果情况
类别内容
论文 EI
刊目
岩石力学与工程学报
名称
检索号
大变形流固耦合理论中 Darcy 定律的 EI: 074210875724 表述方法
论文 EI 岩石力学与工程学报压缩试验本构关系的大变形表述法 EI：073210754188
论文 EI 论文 EI 论文 EI 论文 EI 论文 EI
论文
岩土力学
地基沉降大变形计算方法的关键问录用待刊题研究
论文
力学学报
基于非保守体力的大变形固结有限录用待刊元法
论文
同济大学学报（自科版）大变形固结理论连续性条件的严格录用待刊表述

地基沉降大变形计算方法的关键问题研究_丁洲祥

孔隙比与小应变之间的关系式为
ε11
=
e0 − e 1 + e0
（2）
上述各有限应变度量均可以表示为小应变 ε11
或孔隙比 e 和 e0 的函数关系，不妨以孔隙比 e 表示
土体的应力变形平衡状态，则当这种状态发生改变
时上述 4 种应变随孔隙比的变化规律可见图 1。
图 1 单向压缩时 4 种有限应变度量的比较 Fig.1 Comparison of four large-strain measures for
摘要：针对大、小变形法地基沉降量结果的差异问题，从大变形应力和应变度量、本构关系以及本构参数等概念的角度进
行探讨。在连续介质力学有关原理基础上，先后研究了基于 Green 应变、Almansi 应变和自然应变的地基大变形沉降量计算式。基于欧拉应力——Almansi 应变对、欧拉应力——自然应变对的大变形法压缩本构关系整理方法，以及大、小变形法切线体积压缩系数之间的转换方法等。理论分析和算例分析结果表明，遵循该转换关系的条件下，同一问题所得的大、小变形
DING Zhou-xiang
(School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)
Abstract: Aimed at the controversy on the results of ground settlements predicted both by large-strain and small-strain methods, the significant concepts of finite-strain stress and strain measures, constitutive relations and related parameters etc., are investigated. Based on fundamentals of continuum mechanics, the large-strain settlement formula in respect to Green strain, Almansi strain, and natural strain are presented. The large-strain constitutive relationship of soil compression is proposed with respect to Euler stress – Almansi strain pair and Euler stress – natural strain pair. A transform method between the tangent volume compressibility coefficients using large-strain and small-strain schemes is put forward. The theoretical analysis and the corresponding case study show that the computational settlements by large-strain and small-strain methods should be identical in the case of strictly following the presented transform method; otherwise the value of large-strain settlement might be over or under that of small-strain method. The transform method can also provide new reference for determining reasonably the large-strain constitutive parameters. Key words: foundation settlement; large deformation; constitutive relation; finite strain; tangent volume compressibility

基于Gibson大变形固结方程的软基沉降预测方法

基于Gibson大变形固结方程的软基沉降预测方法蒋瑞波;张明【摘要】基于Gibson大变形固结方程,结合吹填淤泥高压固结试验成果,对简化该方程的3个假定条件进行了验证,在此基础上提出了分级荷载下双层软基沉降预测的大变形固结简化方法,将其应用于围海造陆工程吹填淤泥与原状淤泥双层软基沉降过程预测,结果表明:1)常规预压荷载(≤200kpa)下,固结压力0～25 kpa与25～200 kpa范围内,吹填淤泥的孔隙比e与有效应力及渗透系数与(1+e)分别满足线性关系,大变形固结系数近似为常数;2)大变形固结简化方法预测的双层软基沉降曲线相比于经典固结理论,更接近于实测曲线,为软基沉降预测提供了一种简易实用的方法.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】5页(P136-140)【关键词】大变形固结;固结系数;高压固结试验;吹填淤泥;沉降【作者】蒋瑞波;张明【作者单位】河南工程学院土木工程系,河南郑州,451191;河南工程学院土木工程系,河南郑州,451191【正文语种】中文【中图分类】TU478《建筑地基处理技术规范》[1]排水固结预压法软基处理工程设计中，采用改进的高木俊介法计算某时刻地基的平均固结度，由最终沉降量得到某时刻地基的沉降量，预测沉降过程。

该法实质上是以一次瞬时加载经典固结理论为基础，对变速加载进行修正。

当预压加载过程中地基土固结系数发生较大变化时，此法预测沉降过程已不再适用。

Gibson等针对软基大变形、非线性特性，于20世纪60年代开始一维大变形固结理论研究，随后大量学者对其进行理论完善与验证，在实际工程中得到了应用。

然而，由于大变形固结方程比经典理论固结方程形式复杂得多，工程应用上受到一定的限制。

寻求一种简化的大变形固结计算方法，对软基处理过程中地基沉降进行较好的预测，对科学规划软基处理设计、合理安排施工进度具有重要意义。

从Gibson一维大变形固结方程出发，结合吹填淤泥高压固结试验成果，对该方程定义的几个假定条件进行了验证，在此基础上提出了双层软基沉降预测的大变形固结简化计算方法，应用于围海造陆软基处理工程吹填淤泥与原状淤泥双层软基沉降过程预测，为软基沉降提供了一种简便实用的预测方法。

关于土的固结理论研究现状的综述

题目：关于土的固结理论研究现状的综述学院：资源与土木工程学院专业：岩土工程学号：姓名：关于土的固结理论研究现状的综述我通过学习和查阅相关资料文献了解到，天然土体一般由三相组成，即矿物颗粒构成骨架，土骨架空隙内充填水和空气。

土体受到外力后，可以认为土体变形是孔隙中流体体积变化的结果。

土体在外加荷载作用下，由于孔隙比减少而压密变形，同时提高了强度。

对于饱和土，只有当孔隙水挤出以后，变形才能产生。

开始时，土中应力全部由孔隙水承担。

随着孔隙水的挤出，孔隙水压力逐步转变为由土骨架承受的有效应力。

研究这两种应力的相互消长以及土体变形达到最终值的过程，称为固结理论。

地基土的压缩是由于孔隙水压力减小，有效应力增大的结果。

附加应力一定的条件下，求得某一时刻孔隙水压力即可确定有效应力。

地基的这种固结过程中，任意时刻的沉降变形量与最终沉降变形量的比值，即定义固结度。

一维固结又称单向固结，是指土体在荷载作用下产生的变形与孔隙水的流动仅发生在一个方向上的固结。

严格的一维固结只发生在室内有侧限的固结试验中，在实际工程中并不存在；但是在大面积均布荷载作用下的固结，可以近似为一维问题。

太沙基在1924年建立了一个一维固结模型和建立了一维固结理论。

太沙基一维固结理论为求饱和土层在渗透固结过程中任意时间的变形，通常采用太沙基提出的一维固结理论进行计算。

太沙基固结理论采用的物理模型的基本假设如下：（1）土体是饱和的；（2）土体是均质的；（3）土颗粒和孔隙水在固结过程中都是不可压缩的；（4）土中水的渗流服从于达西定律；（5）在固结过程中，土的渗透系数k是常数；（6）在固结过程中，土的压缩系数a是常数；（7）外部荷载是一次瞬时施加的；（8）土体的固结都是小变形；（9）土中水的渗流与土体变形只发生在一个方向。

土中附加应力沿水平面是无限均匀分布的，因此土层的压缩和土中水的渗流都是一维的；在这些假设的基础上，太沙基建立了一维固结理论。

许多的心的固结理论是在减少这些假设条件的基础上发展起来的。