基于分段线性差分法的坝前淤泥土固结计算
发布时间：2020-04-13 20:38
【摘要】：“坝前淤泥面加坝”是宁夏南部黄土丘陵地区及其周边省区水库除险加固工程中普遍采用的施工方法。长期以来工程中对“坝前淤泥面加坝”技术的理论可行性分析、施工技法总结等的完整理论分析资料较少,目前“坝前淤泥面加坝”工程的设计和施工多依靠工程经验来进行,虽基本满足工程需要,但在长期应用中仍暴露出一些问题和不足。本文针对“坝前淤泥面加坝”施工方法中饱和淤泥土的大变形非线性固结沉降特点,借鉴分段线性有限差分方法思想,在分层碾压填筑加载方式下,对坝前淤泥土的固结计算理论进行研究。以宁夏固原市采用坝前淤泥面加坝进行除险加固的相关水库为研究对象,引入分段线性差分方法(CS2.APiecewise-Linear Model For Large Strain Consolidation)并结合堆载预压固结措施,建立了坝前淤泥土分段线性差分一维大变形固结模型,模拟土坝加高施工中的分级加载过程,探讨坝前淤泥土一维固结过程中考虑大变形固结与小变形固结之间的差异性;在此基础上,分析和建立分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,以径向固结模型模拟计算了坝前淤泥土中插入塑料排水板后,淤泥土在加载过程中的固结度、超孔隙水压力的消散状况和孔隙比的变化。主要研究内容和结论如下:(1)利用固结、渗透仪器开展逐级加载条件下不同深度处坝前淤泥土固结-渗透特性试验,研究结果表明:①在同一荷载作用下,随着深度的增加,淤泥土样的变形量逐渐减小;②不同深度处的淤泥土孔隙比随着荷载的增大逐渐减小,e-lgp曲线均表现出直线状态,孔隙比与固结压力之间呈现明显的对数关系;③不同深度处的淤泥土渗透系数均随着固结压力的增大而减小,后期降低较缓慢,呈现出明显的非线性,且孔隙比与渗透系数关系密切,渗透系数随孔隙比的减小而逐渐减小,利用单指数衰减方程可以较好地表达淤泥土渗透系数与固结压力及孔隙比与渗透系数之间的关系。(2)建立坝前淤泥土分段线性差分一维大变形固结模型,编制Fortran计算程序,计算分析表明:①在固结的初始阶段,以坝前淤泥土沉降变形为基础的大变形固结度与小变形固结度之间相差较小,随着时间的增加,大变形固结度发展较小变形固结度缓慢,在实际施工过程中计算淤泥土固结度时应以大变形计算值为参考;②同一时刻、同一深度处的大变形超静孔隙水压力的计算值大于小变形计算值,在淤泥土土工参数一定的条件下,当土体的变形较大时,小变形固结得到的超静孔压有较明显的消散;③第四级加坝结束后淤泥土内的超静孔压值达到最大,此时土体有效应力最小,施工时应对这一时段进行重点监测。(3)建立分段线性排水板-堆载预压耦合固结模型,编制Fortran计算程序,得出结论如下:①在计算模型中增设竖向排水板,淤泥土的固结速率明显加快,与未增设竖向排水板时计算的淤泥土固结度相比,提前43天达到相同的固结度。②由于竖向排水板的布设,淤泥土中超静孔压随着时间的增加逐渐消散,淤泥土内布设塑料排水板与未布设塑料排水板相比,可节约163天工期。
【图文】：
竖￣邋（ｆ＜0），／／。，荷载为％，地下水位为．。以坝前淤泥土为基准面，建立欧拉坐标系，Ｚ为相对于重力从逡逑固定基准面正向上的坐标，＿／为单元的坐标，相对于坝前淤泥土上边界正向下。将整个派泥逡逑土沿竖向细分为＆层，Ｉ，，Ｚ，．分别为单元＿／的初始高度和中心节点高程，每个元素的初始逡逑高度１。＝／＾／／？，。在时间／邋＝邋0时，，瞬时竖向荷载Ａｇ施加于坝前淤泥土，其中可根据实逡逑际加载情况随时间不断变化。时间／后淤泥土变形如图２－ｌｂ所示，单元属性在每个时间步上逡逑
对于分段线性固结计算模型中懫用的固结过程基，Ｐａｔｒｉｃｋ邋Ｊ．邋Ｆｏｘ并未采用连续函数形式的固结过程基本关系式，而是根据淤泥土固结－渗透联合试验获取的逡逑有效应力、渗透系数关于孔隙比间试验数据点，分别进行分段线性插值，形式如图２－２所示。逡逑图２－２ａ中压缩曲线由个数据点线性连接而成，每个数据点分别代表竖向有效应力和孔逡逑隙比６的坐标。图２－２ｂ中渗透系数关系曲线由《个数据点线性连接而成，每个数据点分别逡逑代表孔隙比ｉ和渗透系数厂的坐标。上标ａ和－用于区别孔隙比、有效应力和n蛲赶凳氖溴义
本文编号：2626409
【图文】：
竖￣邋（ｆ＜0），／／。，荷载为％，地下水位为．。以坝前淤泥土为基准面，建立欧拉坐标系，Ｚ为相对于重力从逡逑固定基准面正向上的坐标，＿／为单元的坐标，相对于坝前淤泥土上边界正向下。将整个派泥逡逑土沿竖向细分为＆层，Ｉ，，Ｚ，．分别为单元＿／的初始高度和中心节点高程，每个元素的初始逡逑高度１。＝／＾／／？，。在时间／邋＝邋0时，，瞬时竖向荷载Ａｇ施加于坝前淤泥土，其中可根据实逡逑际加载情况随时间不断变化。时间／后淤泥土变形如图２－ｌｂ所示，单元属性在每个时间步上逡逑
对于分段线性固结计算模型中懫用的固结过程基，Ｐａｔｒｉｃｋ邋Ｊ．邋Ｆｏｘ并未采用连续函数形式的固结过程基本关系式，而是根据淤泥土固结－渗透联合试验获取的逡逑有效应力、渗透系数关于孔隙比间试验数据点，分别进行分段线性插值，形式如图２－２所示。逡逑图２－２ａ中压缩曲线由个数据点线性连接而成，每个数据点分别代表竖向有效应力和孔逡逑隙比６的坐标。图２－２ｂ中渗透系数关系曲线由《个数据点线性连接而成，每个数据点分别逡逑代表孔隙比ｉ和渗透系数厂的坐标。上标ａ和－用于区别孔隙比、有效应力和n蛲赶凳氖溴义
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