没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
温馨提示
由于多层地基的一维非线性固结问题求解的复杂性,其解析解很难求得。本文基于Davis和Raymond一维非线性固结理论,利用DQM(Differential Quadrature Method)推导了初始有效应力沿深度变化、任意边界条件、任意荷载作用下成层地基一维非线性固结的统一表达式,求得了孔压、有效应力和平均固结度的解答。通过解的收敛性分析讨论了DQM解的有效性。由于DQM解对于固结问题各种复杂条件具有统一的矩阵表达式,更便于编程计算和工程应用。最后,用本文解答对三层地基一维非线性固结问题进行了讨论。
资源推荐
资源详情
资源评论
第
22
卷第
3
期
2005
年
6
月
计算力学学报
Vo
l.
22
,
No.
3
June
2005
Chinese
Journal
of
Computational
Mechanics
文章编号
:1007-4708(2005)03-0310-06
用
DQM
求解成层地基一维非线性固结问题
陈仁朋,
周万欢,
王宏志,
陈云敏赘
(浙江大学岩土工程研究所,浙江杭州
31002
7)
摘
要:由于多层地基的一维非线性固结问题求解的复杂性,其解析解很难求得。本文基于
Davis
和
Raymond
一
维非线性固结理论,利用
DQM
CDifferential
Quadrature
Method)
推导了初始有效应力沿深度变化、任意边界条
件、任意荷载作用下成层地基一维非线性固结的统一表达式,求得了孔压、有效应力和平均固结度的解答。通过
解的收敛性分析讨论了
DQM
解的有效性。由于
DQM
解对于团结问题各种复杂条件具有统一的矩阵表达式,更
便于编程计算和工程应用。最后,用本文解答对三层地基一维非线性固结问题进行了讨论。
关键词:多层地基;一维非线性固结
;DQM
解
中图分类号
:TU433
文献标识码
:A
1
引
20
世纪
60
年代,人们开始研究单层地基非线
性固结问题。
Davis
和
Raymond
[l
J
假定
e
~
log
17'
成
线性关系
(e
为土的孔隙比,
σF
为土体中的有效应
力)、固结系数在固结过程中不变以及初始有效应
力沿深度不变,获得了荷载恒定条件下的一维非线
性问题的解析解答。
Barden
等
[2J
及
Mesri
等∞分别
采用线性的
e
~
log
17'
和
e
~
log
kv
关系
(k
v
为土的
渗透系数
)
,通过有限差分法得到了固结曲线。
Xie
等
[4J
在
Davis
和
Raymond
的研究基础上获得了荷
载随时间变化的一维非线性固结的解析解。考虑地
基的成层性,李冰河等
[5
,
6J
将地基划分为若干薄层,
同时在时间上进行离散,并假定每一薄层在每一离
散时间段内的固结参数为常数,得到了一维非线性
固结的半解析解。
Xie
等
[7J
基于
Davis
和
Raymond
固结理论,求出了双层地基一维非线性固结在瞬时
加荷和单步线性加荷条件下的解析解。
Bellman
等
[8
,
9J
在
1971
年提出了一种快速求解
初值和/或边值问题的数值方法,称为
DQM
(Differential
Quadrature
Method)
。它的主要思想
是用空间上全部离散点的函数值的加权和近似表
示每个点的各阶导数值,经过这种
DQM
变换后,
求解与时间无关的偏微分方程将转化为求解一个
代数方程组,而求解与时间有关的偏微分方程则转
收稿日期:
2003-06-17;
修改稿收到日期:
2003-10-08.
基金项目:国家自然科学基金
(50308026)
资助项目.
作者简介
2
陈仁朋
0972
少,男,副教授;
陈云敏.
0962-)
,男,教授,博士生导师.
化为求解一个常微分方程组。
Civan
和
Sliepce
vich[
叫以及
Malik
和
Civan[llJ
分别采用
DQM
求解
了二维泊松方程和对流扩散方程,并将其结果与差
分法和有限元法等传统数值方法进行比较。研究表
明,
DQM
元论在计算精度和效率方面都明显优于
其他数值方法。目前这种方法已经广泛应用于生物
科学、热传导、流体力学、土力学、结构静力和动力
学等领域
[12J
。但在岩土工程方面应用较少,
Wang
等[叫将
DQM
应用于双层地基的一维线性固结问
题中,得到了令人满意的效果。本文基于
Davis
和
Raymond
一维非线性固结理论,推导了初始有效
应力沿深度变化、任意边界条件、任意荷载作用下
成层地基一维非线性固结的
DQM
表达式,得到了
孔压、有效应力和平均固结度的解答。然后通过解
的收敛性分析讨论了本文方法的有效性和优点。最
后,用本文解答对三层地基一维非线性固结问题进
行了讨论。
2
多层地基一维非线性
固结的数学模型
多层地基一维非线性固结问题的分析模型如
图
1
所示。基于
Davis
&.
Raymond
的一维非线性固
结理论[口,假设地基渗透性与压缩性成比例变化,
得到初始有效应力任意分布、任意荷载
q(t)
作用下
多层地基一维非线性固结的基本方程
i l'
éfu
i
, 1 I
au
i
\
2l
I
éJu
i
dQ
\
|一一+一|一
1
1=
I
一-
71
(1)
vLaz2
I
(j
'i\
知
I
j-
\
dt
dt
I
式中
u'
为第
i
层土的孔隙水压力
(i
=
1
,
2
,…,的,
σ
吐为第
i
层土的有效应力。由于假设地基渗透性与
第
3
期
陈仁朋,等:用
DQM
求解成层地基一维非线性固结问题
311
z
图
l
多层地基分析模型
Fig. 1 Multi-layered soil with partially drained boundaries
压缩性成比例变化,固结系数
c;
定义为初始渗透系
数是与和初始体积压缩系数
m
乌的比值,即
c~
=
h
与
/
(m~orw)
,
几为水的容重,式中
m~o
=
O.
434C~/
o
+
e~)
σ;
,
c;
为第
i
层土的初始压缩指数
,
e~
和
σ;
分别为第
i
层土的初始孔隙比和初始有效应力。
根据
Terzaghi
有效应力原理,式(1)中
c/
i
可表
示为
σ
'=q+
σ
-u'
(2)
将式
(2)
代入式
0)
,整理后得到
éJu
i
i í
é1
u
i
I
1
(
éJu
i
\
2l
一卜::,
+
,;
,
1
一
1
1+
R(t)
dt
=
CvL
az:
2
T
q
十
σ~
-
U
i
\
az:
J
J
(i
=
1
,
2
,…
,
n)
(3)
顶面边界条件:
,
éJu
l
I
_,
, 1
a
1
一
-
b'u
'
I
=
0
(4)
az:
I
z~o
-
--
I
z~o
层间孔压连续条件:
U
L=zfI|{α
=
1
,
2
,"',
n
-
1)
ω
层间流量连续条件:
-:a..i
I '::l..i
+l
I
巴|
=hz+1
旦一
(i
=
1
,
2
,…
,
n
-1)
叫
dz
I
z=i
'~vO
ik
I
z=zi
(6)
底面边界条件
z
a
n
芋|十
bnz
川
=0
(7)
az
1
z~H
1
z~H
初始条件:
ua|
,=。
=MZ)α1
,
2
,'"
,的
(8)
式中
R(
t)
为加载速率
,
R(t)
=
dq/
巾,
a
1
和
b
1
为土
层顶面排水条件的控制系数,当
a
1
0
,
b
1
1
时,式
(4)
表示顶面透水;当
a
1
=
1
,
b
1
=
0
时,式
(4)
表示顶面不透水;当
a
1
=
h1
,
b
1
=
k~hl
/
k
"'uo
h
o
时,式
(4)表示顶面为半透水层,可和
h
O
分别为顶面以上
的半透水层的渗透系数和厚度
,
a"
和
b
n
为土层底面
排水条件的控制系数,当
a
n
=
O
,
b
n
=
1
时,式(7)表
示底面透水;当矿
=l
,
b"=O
时,式(7)表示底面不
透水;当
a"
=
h
飞
b"
=
k;+l
h
n
/
k;oh"
+l
时,式(7)表示
底面为半透水层,是
11+1
和
h"+l
分别为半透水层的渗
透系数和厚度。
uo(z)
为土层中初始孔压沿深度分
布函数。
3
DQM
求解孔压、有效应力和固结度
DQM
是由
Bellman
等
[8.9J
提出的一种快速求
解偏微分方程的方法。其数学描述如下:考虑一个
函数
y(
功,定义域为
O~x~a
。在定义域内取
N
个离散点
Xa(
α1
,
2
,…
,
N)
。函数
y(X)
关于
Z
的
r
阶导数在
X
=
X
a
的值近似地表示为
言
Ix~x
户卢=可
x
三
主
D
吗叼肋与
2b)
识
y(
叫
(ωz
(9)
式中
D;z;
为
r
阶权系数。权系数的确定有很多方
法,本文在应用中采用
Quan
和
Chang[14]
用
Lagrange
多项式推导的权系数。
首先对土层进行离散,离散的原则为:每一层
土为
1
个单元,单元总数为
n
,
每个单元的离散点为
N'(
上标
i
为对应的单元编号)。由于权系数与离散
点坐标有关,为了求解方便,在每个单元中引入局
部坐标已局部坐标与整体坐标的关系
Zi
=
(0.5
-
~)z~
+
(0.5
十
~)z~;
(一
0.5ζ~
~
O.
5)
(1
0)
式中
z'
为第
i
单元的整体坐标,码和
zν
分别为第
z
单元的第
1
点和第
N'
点的整体坐标值。
根据
DQM
,方程
(3)
中孔压
U
对
z
的偏微分可
以写成以下求和形式
…£
iu4
叩
(α1
,
2
,…
,
N
i
)
(;二飞
n
♂
u~
1
平:飞川、
"6
D~'t
u
p
(11)
仰
')2(haytfuF
式中
u;
为第
i
单元第
α
个离散点的孔压,
D;2)
和
D;2)
分别为第
i
单元上各点的一阶和二阶权系数。
令
T
=
c~t/(hl)2
,
mi
=
hi/h
1
,
a
i
=
c~/c~
一一
(h1
)2
方程
(3
~
8)
元量纲化,并按式(11)进行离散,整
剩余6页未读,继续阅读
资源评论
weixin_38690376
- 粉丝: 2
- 资源: 894
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
最新资源
- 基于SpringBoot的城市公交管理系统(编号:0638680).zip
- 健康中国2030框架下智慧医药医疗博览会方案
- 基于springboot的房屋租赁管理系统(编号:07690162).zip
- ZZU数据库原理实验报告
- 基于SpringBoot的农业收成管理系统(编号:09468111).zip
- 基于SpringBoot的社区流浪动物救助系统(编号:34219152).zip
- 基于SpringBoot的特殊儿童家长教育能力提升.zip
- 基于Springboot的实验报告系统(编号:82862159).zip
- 基于SpringBoot的小区运动中心预约管理系统的设计与实现_1p95h88y_210-wx-.zip
- 售酒物流平台需求规格说明书-核心功能与实现方案
- 生化技术:新型加热器用平行软线的材料配方与制备方法
- c-programming-a-modern-approach-second-edition
- 艾利和iriver Astell&Kern SP3000 V1.17升级固件
- 垃圾废物检测1-YOLO(v5至v11)、COCO、CreateML、Paligemma、VOC数据集合集.rar
- 基于java实现堆排序
- 喜庆吉祥迎新年.mp3
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功