固结理论研究综述

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1、固结理论研究综述26目录前言31天然地基固结理论31.1Terzaghi一维固结理论31.1.1Terzaghi一维固结方程及其修正41.2.2Terzaghi固结理论研究现状51.2Biot固结理论51.2.1Biot固结方程61.2.2Biot固结理论解析解研究现状71.2.3Biot固结理论的数值研究现状81.3考虑流变的固结问题91.3.1线性流变固结问题91.3.2非线性流变固结问题101.4非饱和土的固结问题112竖井地基固结理论122.1单层竖井（Barron解）研究现状122.2成层竖井地基固结问题132.3未打穿竖井地基固结问题132.4不同加

2、载情况下的竖井固结问题142.5考虑粘弹性的竖井地基固结问题152.6竖井的轴对称固结方程153复合地基固结理论173.1研究现状173.1.1强排水桩复合地基固结研究173.1.2粉喷桩复合地基固结研究183.2存在的问题19小结20参考文献20ps：关于复合地基的固结理论资料的收集有待进一步补充和完善26前言荷载作用时土体中产生超孔隙水压力，在排水条件下随着时间发展土体中水被排出，超孔隙水压力逐步消散，土体中有效应力逐步增大，直至超孔隙水压力完全消散，这一过程称为固结。土体在固结过程中，随着土中水的排出，土体孔隙比减小，土体产生压缩，体积变小，随着有效应力逐

3、步增大，土体抗剪强度得到提高。土体的固结规律相当复杂，它不仅取决于土的类别和状态，也随土的边界条件、排水条件和受荷方式等因素而异。饱和土体的一维固结理论是Terzaghi（1925）首先提出的。后来，Rendulic(1936)将Terzaghi的一维固结理论推广到二维和三维情况，得到Terzaghi-Rendulic固结理论。这个理论除了保留Terzaghi一维固结理论的假定条件外，还假定在排水固结过程中，土中一点总应力之和保持不变，即未考虑应力与应变需要满足的相容条件。Biot（1941）进一步研究了三向变形材料与孔隙压力的相互作用，直接从弹性理论出发，确保

4、土中应力和应变满足相容条件，得到了比较完善的三维固结方程。Terzaghi和Biot的固结理论均是建立在无限小应变的前提下，对更一般的情况，Schiffa（1980）总结了前人的研究成果，提出了一个更为普遍的固结理论表达式，它不仅考虑了应力-应变的非线性关系、渗透性随有效应力的变化，而且考虑了大应变的情况，Teraghi固结方程和Biot固结方程都是这一普遍关系式的特殊情况。另外，Barron（1948）在Terzaghi单向固结理论的基础上，建立了轴对称固结基本微分方程，并导出其解析解，在砂井地基设计中得到广泛应用。几十年来，固结理论的发展，主要围绕着以下几个

5、方面：1.随着土体微观结构性研究的发展，对土体本构模型进行修正，假设不同土体材料的模式，而得到不同的物理方程：(1)土骨架假设为弹性的〔各向同性与各向异性的)，塑性的，粘弹性的(线性与非线性以及它们的各种组合；（2）土中流体假设为不可压缩的，线性粘滞体的，可压缩的；（3）土骨架与流体间相互作用的不同考虑等。2.进一步针对不同的土体特性、土层分布、边界条件、排水条件以及加荷方式等，对原有的Terzaghi固结方程、Biot固结方程进行修正并求解。3.在运用数学工具推导固结方程的解析解的同时，借助各种数值计算方法对固结问题进行半解析或者数值研究。1天然地基固结理论1

6、.1Terzaghi一维固结理论早在1925年，Terzaghi就提出了著名的有效应力原理，并据此建立了一维固结理论[1]，获得了一定的初始条件和边界条件下的解析解。由于对实际情况作了很多近似的假定，用一维固结理论来计算工程实际问题常有较大的误差。然而由于它简单、运用方便，且尚未有更合适、简便的方法代替它，目前各国估计沉降速率和孔隙压力消散的常规方法还是依赖于它。后来，Rendulic(1936)将Terzaghi的一维固结理论推广到二维、三维情况，得出Terzaghi-Rendulic扩散方程[2]。其应用表明，对于简单的几何形状和边界条件，可以求得扩散情况的

7、解析解。对较复杂的边界条件和几何形状需要采用数值解法。事实上从40年代开始，人们已开始借助有限差分法对较复杂的边界条件和几何形状求解。Zhangjingde,AiZhiyong,ZhaoHuming等(1996)采用加权残值法对二维和三维Terzaghi固结问题进行了分析求解[3]。261.1.1Terzaghi一维固结方程及其修正Terzaghi在其一维固结理论中做了如下基本假定：1.土是均质的、完全饱和的理想弹性材料；2.土体变形是微小的；3.土颗粒和孔隙水是不可压缩的；4.孔隙水渗流服从Darcy定律，渗透系数为常数；5.荷载一次瞬时施加并维持不变，土体承

8、受的总应力不随时间变化；