[发明专利]一种饱和软土自重固结过程的预测方法

说明书

本发明属于岩土工程研究相关技术领域，其公开了一种饱和软土自重固结过程的预测方法，该方法包括以下步骤：(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及最终孔隙比；(3)依次计算所述单元的有效应力、渗透系数及渗流速度；(4)计算时间增量并将其与当前的固结时间叠加以得到新的总固结时间；(5)根据渗流速度及时间增量获得沉降量；(6)判断是否达到结束条件，若达到，则输出饱和软土的自重固结过程参量，否则转至步骤(3)。该方法综合考虑了几何非线性、材料参数非线性等因素，有效地减小了计算误差，提高了计算精度。

技术领域

本发明属于岩土工程研究相关技术领域，更具体地，涉及一种饱和软土自重固结过程的预测方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，沿海地区土地资源日益紧张，国内沿海地区普遍开展了大规模围海造陆工程，尤其是在沿海港口建设中普遍采用疏浚工程、吹填工程进行施工。吹填淤泥吹填后经过一段时间的自重固结过程，此阶段土体性质指标随着土体深度和固结时间发生较大变化，且其指标对于后续软弱地基处理、科学规划软土地基设计与施工具有重要意义。此外，在水利和水环境治理过程中正产生越来越多的疏浚淤泥，疏浚淤泥通常含水率很高、呈流动状态，陆地处置需要设置堆场。然而，堆场周转设计主要考虑需要处理的淤泥总量、堆场的容量、周转周期和周转次数等，其中堆场周转周期与周转次数均与淤泥自重固结性状及固结时间密切相关。综上所述，研究饱和软土自重固结问题对解决填海造陆、河流湖泊疏浚以及淤泥处理与利用等工程意义重大。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，大都是通过使用不同的解析方法得出相应的软土自重固结结果，但不能同时考虑几何非线性、材料参数非线性和动水压力等条件，在实际工程中应用会产生较大的误差。因此，本领域存在着发展一种精度较高的饱和软土自重固结过程的预测方法的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种饱和软土自重固结过程的预测方法，其综合考虑了几何非线性、材料参数非线性、边界条件和动水压力等因素，有效地减小了误差，提高了精度，且该预测方法简单灵活，解决了未同时考虑几何非线性和材料参数非线性导致计算结果误差较大、复杂工程环境下难以实用的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种饱和软土自重固结过程的预测方法，其包括以下步骤：

(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均是通过孔隙比及土体本构关系计算获得的；

(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可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随时间的变化结果；否则转至步骤(3)。

进一步地，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。