不完全透水邊界條件的數學物理描述及其固結理論

《不完全透水邊界條件的數學物理描述及其固結理論》是依託河海大學，由雷國輝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：不完全透水邊界條件的數學物理描述及其固結理論
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：雷國輝
• 依託單位：河海大學

項目摘要

完全透水或不透水的固結邊界在現實工程中並不多見，不完全透水（俗稱半透水）邊界為固結問題研究開闢了新的空間。然而，綜觀現狀發現，不完全透水邊界條件形式單一且純屬人工構造。為此，以水平砂墊層和有紡土工織物這兩種有工程代表性但厚差明顯的介質為研究對象，針對其滲流路徑和滲透規律的不同特點，通過試驗和理論分析，建立其邊界條件的數學物理描述，並推求相應的固結理論解答。對於水平砂墊層，考慮水平向為主的滲流路徑及其頂面完全不透水的工況，研製平面應變固結實驗裝置，並運用滲流和固結理論分析，確定其邊界條件和影響參數，推求二維固結和軸對稱徑豎向同時固結的解析解答。對於有紡土工織物，研製不同水壓力和水頭差作用下的滲透實驗裝置，通過試驗研究並結合水動力學分析，確定其滲透定律，建立邊界條件和影響參數，推求一維固結和軸對稱徑向固結的解析解答。最終將研究成果套用於解決地基處理、土工管袋充泥築堤和脫水技術中的固結變形計算。

結題摘要

針對軟土地基處理工程實踐中常遇的不完全透水邊界條件下的固結問題，研製了模擬含水平排水砂墊層地基的平面應變固結實驗裝置，以及土工織物多功能滲透實驗裝置，通過試驗研究，揭示了水平排水砂墊層參數對地基固結效率的影響規律、土工織物覆土條件下的滲透特性、以及土工織物作為不完全透水邊界條件下的固結特性。通過數值和解析分析，提出了評估地基固結效率的綜合考慮待固結土體參數、不完全透水介質參數、以及塑膠排水板參數的集總參數，分析了集總參數與地基固結效率之間的關係，確定了集總參數的最優控制指標，並建立了滿足完全透水邊界條件的不完全透水介質參數的簡化設計計算方法。此外，還運用Laplace變換和分離變數法，綜合考慮井阻和塗抹作用、載入過程、附加應力的分布等因素，推導得到了涵蓋不完全透水邊界和完全透水邊界條件下一維、二維和軸對稱固結理論的解析解答。通過計算結果與工程現場實測結果的對比，驗證了所建立的理論方法的適用性。所建立的不完全透水邊界條件下的固結理論是對傳統固結理論的有益補充和完善，並為軟土地基排水固結法處理的設計計算提供理論依據。