考慮滲氣滲水函數(shù)的非飽和土固結(jié)性狀研究

陳 聰，張 昭，張同令，趙 偉，劉奉銀，齊吉琳

(1.西安理工大學(xué) 巖土工程研究所，陜西 西安 710048；2.北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044)

1 研究背景

水利工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)可能會(huì)影響其周邊建筑物地基土層的變形及其穩(wěn)定性，尤以大壩在蓄水后因水環(huán)境變化而產(chǎn)生的影響更為顯著。以文獻(xiàn)[1-2]所述巴西佩雷拉巴雷圖市的Três Irm?os土石壩為例，其蓄水過(guò)程造成距水庫(kù)20 km的市區(qū)地下水位顯著上升，致使地基土層產(chǎn)生明顯的增濕變形，從而誘發(fā)建筑物沉降破壞。Vilar等[2]對(duì)該市區(qū)沉降變形量最大的含黏粒砂土層取樣開(kāi)展了持水試驗(yàn)與控制基質(zhì)吸力的固結(jié)試驗(yàn)，結(jié)果表明：該地基土層長(zhǎng)期處于非飽和狀態(tài)，因地下水位上升而發(fā)生的增濕變形屬典型的非飽和土水、氣滲流與變形耦合問(wèn)題。因此，在大壩蓄水對(duì)周邊建筑物造成的沉降變形分析中，引入非飽和土的一維固結(jié)理論及其分析方法至關(guān)重要。為此，已有學(xué)者采用雙變量理論、混合物理論和力-水耦合方法開(kāi)展了非飽和土固結(jié)性狀的解析解、半解析解及數(shù)值解研究。

(1)雙變量理論：Fredlund等[3]以?xún)魬?yīng)力σ-ua和基質(zhì)吸力ua-uw為基礎(chǔ)，結(jié)合非飽和土的本構(gòu)關(guān)系與非飽和土的水、氣運(yùn)移規(guī)律建立了水、氣兩相的固結(jié)微分方程組。秦愛(ài)芳等[4-6]以Fredlund所提固結(jié)理論為基礎(chǔ)，給出了瞬時(shí)荷載和指數(shù)型荷載作用時(shí)，土層在不同邊界及初始條件下的一維固結(jié)半解析解。秦愛(ài)芳等[7]將迭代法與滲氣系數(shù)及滲水系數(shù)關(guān)于基質(zhì)吸力的函數(shù)相結(jié)合，求解不同時(shí)刻的基質(zhì)吸力和滲氣系數(shù)及滲水系數(shù)，以分析滲透系數(shù)變化時(shí)線(xiàn)彈性、黏彈性地基的超孔隙水、氣壓力隨時(shí)間的消散規(guī)律；……