基于非达西渗流的饱和粘性土一维流变固结试验与理论研究

The rheological consolidation behaviors of sturated clayey soils will be researched considering the non-Darcy flow. First, the falling head permeability test will be introduced to study the behavior of flow through these soils, and the one-dimensional consolidation test under the one-way drainage condition and the secondary consolidation test for these soils will be done to further investigate the dissipation of excess pore water pressure and the rheological behavior of these soils respectively. Then the one-dimensional rheological consolidation tests and the permeability tests under different consolidation pressures will be carried out alternately to investigate the variation of the non-Darcy flow parameters during the rheological consolidation and the influence of consolidation pressure on the rheological consolidation parameters. The one-dimensional rheological consolidation coupled equations considering the non-Darcy flow will be established, and the influence of the non-Darcy flow parameters on the the process of the rheological consolidation will be discussed. The aim of the project is to further investigate the characteristics of foundation settlement, and to explore innovative approaches to predict the lattar more accurately.

以兼具非达西渗流特性和流变特性的饱和粘性土为研究对象，首先通过变水头渗透试验深入研究其渗透模式，分别通过单面排水条件下的一维固结试验和次固结试验进一步深入探讨其孔压消散规律以及流变特性；然后，通过交叉进行一维分级荷载下流变固结试验和渗透试验，深入探讨流变固结过程中非达西渗流参数的变化规律以及固结压力对流变固结参数的影响；在此基础上，建立考虑非达西渗流影响的一维固结-流变耦合方程，通过分析非达西渗流参数对饱和粘性土流变固结进程的影响，进一步揭示地基沉降的规律，为探寻预测地基沉降更为合理有效的方法提供理论指导。

按Terzaghi饱和黏性土一维固结理论得到的固结度理论值有时与实际值之间存在较大的误差,其原因之一是忽略了某些饱和黏土中孔隙水的渗流对Darcy定律的偏离。为进一步深入探讨饱和黏性土的渗透固结机理，项目首先对常规渗透试验装置和固结试验装置进行了改进，使之满足进行单面或双面固结试验或交叉进行渗透试验和固结试验的要求。对河南省信阳等地土样进行的试验表明，饱和黏性土中的渗流存在偏离达西定律的现象，并可用Hansbo渗流方程或非牛顿指数渗流方程来描述；同时土骨架的变形具有显著的塑性和黏性特征，并可用分数阶导数流变模型、EVP本构模型或考虑时间效应的UH本构模型来描述。在此基础上，推导了一系列考虑非达西渗流和黏弹性或弹黏塑性变形影响的一维流变固结方程，并分别给出了隐式有限差分法或有限体积法数值求解格式，同时，扩展了基于分段线性化思想的CS2固结分析方法。参数分析表明，非达西渗流和土体的粘滞性延缓了地基中孔压的消散速度，因而减缓了地基的沉降速度。而且，一维弹黏塑性固结理论可以解释加载初期出现的孔压异常增高现象。此外，还将非达西渗流模型引入到砂井地基固结理论和Biot固结理论中，初步分析了非达西渗流对多维地基固结进程的影响。研究成果可为软弱地基的沉降预测及稳定控制提供科学指导和技术支撑。