[发明专利]一种饱和软土自重固结过程的预测方法

权利要求书

1.一种饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于，该预测方法包括以下步骤：

(1)设置饱和软土的土体模型的参数及边界条件，所述参数包括土体本构关系数据点；

(2)将所述土体模型划分成预定数目的单元，并计算所述单元的初始孔隙比及最终孔隙比；

(3)依次计算所述单元的高度、总应力、有效应力、渗透系数、孔隙水压力、总水头及渗流速度，所述渗透系数及所述有效应力通过孔隙比及土体本构关系计算获得；

(4)取所有单元的时间增量中的最小值作为一个时间步计算的时间增量，进而将得到的时间增量与当前的固结时间叠加以得到新的总固结时间；

(5)依据渗流速度及时间增量分别计算流入和流出单元的渗流量，进而计算单元的垂直应变量，根据原单元高度和垂直应变量得到新的单元厚度，进而将所有单元厚度叠加以得到新的土体高度，初始土体高度与新的土体高度的差值即为沉降量；

(6)土体主固结的最终沉降量由最终孔隙比计算得出，沉降量与最终沉降量的比值为土体的平均固结度，进而判断获得的总固结时间或者所述平均固结度是否达到预定的总固结时间或者预定的平均固结度，若达到，则输出饱和软土自重固结过程中的参量；否则转至步骤(3)。

2.如权利要求1所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：步骤(3)中，假设土体模型的底面固定且为坐标系原点所在面，每个单元的几何中心为该单元的节点，节点到坐标原点的距离为该单元的高度；单元的总应力为对应的节点上部土体自重与土体顶面静水压力之和；渗透系数是通过土体孔隙比与土体本构关系求得的。

3.如权利要求2所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：所述渗流速度是通过静水位高度、总水头、土体的高度、单元的高度、边界条件及渗透系数计算获得的。

4.如权利要求1-3任一项所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：单元的高度通过以下公式获得：

式中为单元j在总固结时间t时的高度；为单元j在总固结时间t时的厚度。

5.如权利要求1-3任一项所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：单元的总应力通过以下公式获得：

式中，为单元j在总固结时间t时的总应力；γ_w为水的重度；为单元j在总固结时间t时的土体饱和重度；H_w为静水位高度；H^t为总固结时间t时的土体高度；为单元j在总固结时间t时的高度；单元j在总固结时间t时的厚度；为单元b在总固结时间t时的厚度；为单元b在总固结时间t时的土体饱和重度。

6.如权利要求1-3任一项所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：新的单元的孔隙比通过以下公式获得：

式中，为单元j在总固结时间t+Δt时的孔隙比；e_o,j为单元j的初始孔隙比；L_o为单元初始厚度。

7.如权利要求1-3任一项所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：单元的渗流速度通过以下公式计算获得：

式中为单元j在总固结时间t时的渗流速度；为单元j在总固结时间t时的水头；为单元j在总固结时间t时的高度。

8.如权利要求1-3任一项所述的饱和软土自重固结过程的预测方法，其特征在于：所述饱和软土固结过程的参量包括孔隙比随时间的变化、土体沉降量随时间的变化、土体高度随时间的变化、孔隙水压力随时间的变化及平均固结度随时间的变化。