渗流理论与比奥固结理论的分析.doc
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1、渗流理论与比奥固结理论的分析摘要:目前的基坑、边坡工程中的流固耦合分析大部分以比奥固结理论为基础。本文分析了渗流分析的控制方程与固结理论中的渗流方程的异同。 关键词:渗流分析; Biot 固结理论 Abstract:The analysis on flow-deformation coupling of foundation pit and side slope almost bases on Biots consolidation theory. The difference between seepage equations in seepage analysis and consolid
2、ation is searched in this paper. Key words:seepage analysis; Biots consolidation theory 中图分类号:O357.3 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012) 1 引言 土体具有被流体透过的性能称为土体的渗透性。在水头差的作用下,流体可以透过土体孔隙而产生流动,这种现象称为渗流。渗流分析的目的是研究渗流域内的水头分布、水流速度和方向,以及孔隙水应力的分布。渗流问题是岩土工程中一个重要的课题,如边坡、堤坝、地基中的渗流以及基坑渗流等等。工程中常见的砂沸、流土、管涌等岩土破坏现象皆与土的渗流有关,渗
3、流对土体的强度、变形还具有重要的影响,如土体固结的快慢、荷载作用下土体中有效应力随时间增加的情况、荷载作用下土体强度变化等皆与土体的渗透性有关。 土体在荷载作用下,孔隙水缓慢流出,体积逐渐压缩,土体中有效应力逐步增大,超静孔隙水压力逐步消散直至完全消失,这一过程称为“固结” 。土的固结是土力学学科中最主要的课题之一。工程中常常应用固结过程的特性,通过排水固结法对软土地基进行改良,减小完工后沉降。 土的固结理论不仅能够解决沉降与时间关系的计算,也是研究地基和土工建筑物强度及稳定性的基础理论,在土力学中占有重要的地位。Terzaghi 在 1925 年首次提出了有效应力原理,并据此建立了饱和土体的
4、一维固结理论。Biot 则于 1941 年根据有效应力原理、土的连续性方程和平衡方程,推导建立了较为严格和完整的三维固结理论。由于二维和三维问题的参数测定比较复杂,所以迄今为止,一维固结理论仍被工程界和学术界广泛应用。 在基坑工程中,随着基坑工程的开挖,工程荷载施加于土体之上,引起土体内部应力场的改变,从而影响土体结构,导致土中地下水性态和水力学特征的改变;另一方面,由于工程体的出现和基坑降水,使得区域或局部地下水的补给、径流和排泄条件发生改变,形成人工干扰下的地下水渗流场,导致土体的强度、作用范围以及作用形式亦发生改变,最终影响土体的稳定性。因此,研究深基坑工程的流固耦合具有重要意义。而基坑
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