基于循环荷载下饱和软粘土地基一维非线性固结理论及孔隙水压力计算

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1、武汉理工大学硕士学位论文循环荷载下饱和软粘土地基一维非线性固结理论及孔隙水压力计算姓名：李志星申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：张季如20060401武汉理工大学硕士学位论文摘要循环荷载作用下地基的固结问题是工程界普遍关心的问题，也是学术界长期以来重点研究的课题。但是，由于岩土材料的复杂性，所建立的固结方程往往很难得到解析解。随着计算工具的提高和计算方法的改进，使这一问题的研究有了很大的发展。本文应用数值分析方法对循环荷载作用下考虑软土渗透性和压缩性随时间变化的单层地基一维非线性固结问题中的孔隙水压力进行了较为深入的计算，并对结果进行分析

2、，得到了循环荷载作用下软土地基的孔隙水压力分布规律。文中首先介绍了工程实际中遇到的循环荷载形式，如：高速公路的行车荷载、机场的飞机的起降、海岸的波浪荷载等等，都可以简化为文中提到的几种简单循环荷载形式；概述了软土地基动力学特性的研究现状和适合岩土体材料的弹塑性本构理论以及动力分析方法中的总应力法和有效应力法的区别和适用性。接着，本文以普遍固结微分方程为基础，引入更为符合实际的非线性应力应变关系，即：用孔隙比与有效应力的对数关系取代简单的孔隙比与有效应力线性关系，得到了循环荷载作用下土体固结的微分方程。方程为二阶非线性偏微分方程，通过对方程的离散化

3、，应用有限差分方法求解。最后，应用MaⅡab软件编写了求解微分方程的计算机程序，并对特例经典Terzaghi一维固结问题进行求解，对比数值解与解析解，从而验证了程序的正确性。通过所编写的程序，以单层双面排水条件的软土地基为计算模型，详细计算分析了在正弦荷载形式、半正弦荷载形式、三角形荷载形式、梯形荷载形式和矩形荷载形式作用下的孔隙水压和固结度的变化规律。本文的计算考虑了土体变形的非线性，所得结果也较为符合实际情况。关键词：循环荷载，饱和软粘土，孔隙水压力，非线性，Matlab，数值方法武汉理工大学硕士学位论文neproblemofsoftclay

4、foundationconsolidationundercyclicloadingisoneofmostconcernedproblemsinengineeringarea，aswellasakeysumectinacademicarea．But，forthecomplexityofsoil，consolidationequationanalyticsolutionoftencannotbeobtainedeasily．Becauseoftheapplicationofcomputerandthecalculationmethodbeingimp

5、roved，studyingonthatproblemhasbeenmuchmoreadvancement．Inthisthesis，basedonthenumericalmethod，acarefulstudyhasbeenmadeonone-dimensionalconsolidationtheoryofsoftclayundercyclicloadingwithpermeabilityandcompressibilityvaryingwithtimeandtheporepressuredistributionregularityhasals

6、obeenobtained．Firstly，thepaperin仃oducedtheformofcyclicalloadingappearedinengineering,forinstance：trafficloading；airplanetakingoffandlandingonairport；waveloadingandSOon．Allofthesecanbesimplified,somesimplecyclicalloadingformspresentedinthispaper．Generalizedthestudystateondynam

7、iccharacteristicsofsoftclayfoundation，then，thetheoryofelastic-plasticsconstituteandthedifferenceandapplicabilityoftotalslressmethodandeffectivestressmethodaredescribed。Secondly，basedontheuniversalconsolidationequation，leading—insemi—logrelationwhichisnonlinearandmorereality(1

8、09arithmicrelationinsteadoflinearrelation)．theconsolidationdifferent