摘要：綜合回顧了非線性固結(jié)理論的發(fā)展歷史，在此基礎(chǔ)上，討論了非線性固結(jié)理論的研究意義和理論基礎(chǔ)，對影響非線性固結(jié)理論發(fā)展的因素進行了分析。
　　關(guān)鍵詞：Terzaghi固結(jié)理論；非線性固結(jié)理論；本構(gòu)關(guān)系；多場耦合
　　
　　1引言
　　土體固結(jié)理論主要是描述土體固結(jié)規(guī)律的數(shù)學(xué)模型及其解答。Terzaghi是最早研究土的固結(jié)問題的，1923年他對飽和土的一維滲透固結(jié)提出了固結(jié)模型。Terzaghi建立的一維固結(jié)理論奠定了現(xiàn)代土力學(xué)的基礎(chǔ)，但是其中的一些假設(shè)與許多工程實際并不相符，特別是當(dāng)荷載較大且土的壓縮性也較大時，土體的變形具有明顯的非線性、大變形特點。
　　飽和軟粘土地基一維非線性固結(jié)理論的研究開始于20世紀(jì)60年代。Davis[1]等基于線性的關(guān)系，并假設(shè)豎向滲透系數(shù)與體積壓縮系數(shù)，得到固結(jié)系數(shù)在固結(jié)過程中為恒值的固結(jié)方程，并獲得了解析解。隨后Barden、Mesri[2]等采用有限差分法研究了一維非線性固結(jié)問題。謝康和等[3-9]先后給出了單層地基的非線性固結(jié)解的解析解和半解析解、雙層地基的非線性固結(jié)解、成層地基的非線性固結(jié)解。
　　2開展非線性固結(jié)理論研究的意義
　　在現(xiàn)行的固結(jié)理論中，采用的壓縮曲線為圖1中的曲線2，曲線2是研究人員為了簡化計算而假想出來的一條曲線，并不能真實地反映土體的壓縮特性。曲線1是經(jīng)過室內(nèi)土工試驗得到的軟粘土的曲線，反映土體的真實的壓縮特性，具有很強的非線性特性。
　　
　　圖1軟粘土的壓縮曲線
　　3非線性固結(jié)理論的理論基礎(chǔ)
　　3.1基本假定
　　非線性固結(jié)理論有以下主要假定：
　　（1）土體是完全飽和的正常固結(jié)土；
　　（2）土中滲流和變形是一維的；
　　（3）土中滲流服從達(dá)西定律；
　　（4）土顆粒和孔隙水都是不可壓縮的；
　　（5）土體固結(jié)變形是微小的，即小應(yīng)變假定；
　　（6）圖2描述了固結(jié)過程中土的壓縮性的關(guān)系；
　　
　　圖2關(guān)系曲線
　　（7）圖3描述了固結(jié)過程中土的滲透性的關(guān)系；
　　
　　圖3關(guān)系曲線
　　對假定（6）和假定（7）的說明：本構(gòu)關(guān)系是指自然界中一個作用與其產(chǎn)生的響應(yīng)之間的關(guān)系。圖2反映了土體在受荷時孔隙比與荷載的關(guān)系，對應(yīng)式（1）。圖3反映了土體滲透系數(shù)與孔隙比的關(guān)系，對應(yīng)式（2）。以上兩個公式反映了非線性固結(jié)理論與傳統(tǒng)固結(jié)理論的重要區(qū)別。
　　(1)
　　(2)
　　（8）荷載服從關(guān)系曲線，即荷載不是一次驟然（瞬時）施加。
　　3.2對非線性特性的說明
　　Terzaghi固結(jié)理論是線性的，土的滲透系數(shù)隨著的增大而線性增大，可以用來反映、和三者之間的關(guān)系。而在非線性理論中，考慮到非線性，對三者的關(guān)系重新推導(dǎo)如下：
　　土的體積壓縮系數(shù)：
　　(3)
　　因此有：
　　(4)
　　式中，為初始土體體積壓縮系數(shù)。
　　由式（2）減去（1）可得：
　　(5)
　　進一步得到：
　　(6)
　　式中，，為初始土體滲透系數(shù)。
　　由和可以得到土體的固結(jié)系數(shù)：
　　(7)
　　式中，。
　　進一步推導(dǎo)可得到：
　　(8)
　　基于以上推導(dǎo)，可做如下分析：
　　（1）當(dāng)，有，；
　　（2）當(dāng)，有，；
　　（3）當(dāng)，有，；
　　由以上分析可知，隨有效應(yīng)力增大，和都會發(fā)生變化，且變小。由于，因此、和都是深度和時間的函數(shù)。由此可以總結(jié)出非線性一個重要的特征：土的各指標(biāo)都是空間和時間的函數(shù)。
　　4非線性固結(jié)理論發(fā)展的影響因素
　　4.1工程實際情況
　　理論研究很大一部分是為工程服務(wù)的。固結(jié)理論是確定地基沉降的理論基礎(chǔ)，而地基沉降又是巖土工程中一個十分重要的問題，這需要能與工程更接近的理論來反映工程實際情況，同時工程又能給理論研究提供經(jīng)濟保障。由于理論和工程存在著這種需求與被需求的關(guān)系，因此固結(jié)理論可以持續(xù)的發(fā)展。
　　4.2本構(gòu)關(guān)系的發(fā)展
　　在固結(jié)理論中，有兩個重要的關(guān)系：孔隙比與荷載的本構(gòu)關(guān)系和滲透系數(shù)與孔隙變化的本構(gòu)關(guān)系。Terzaghi固結(jié)理論假定孔隙比與荷載是線性關(guān)系，滲透系數(shù)是個常數(shù)，這與實際情況不相符。非線性固結(jié)理論雖然考慮到了這個不足，用式（1）和式（2）來反映上述兩組關(guān)系，但也并不能完全反映所有土的真實本構(gòu)關(guān)系。本構(gòu)關(guān)系是影響固結(jié)理論發(fā)展的重要理論因素。
　　4.3多場耦合理論的發(fā)展
　　在Terzaghi固結(jié)理論和非線性固結(jié)理論中都有“土體是完全飽和的”的假定，這與土體是三相體的真實工況不完全相符。而現(xiàn)有的理論不能很好的反應(yīng)這種三相體各相之間的關(guān)系，因此對固結(jié)理論的發(fā)展也有一定的阻礙。因此，如果能很簡潔明了的表達(dá)多場耦合的情況，對固結(jié)理論的發(fā)展會是個大的貢獻。
　　4.4計算機的發(fā)展
　　計算機的出現(xiàn)使人類生活發(fā)生了根本性的改變，當(dāng)然對固結(jié)理論的影響也很深遠(yuǎn)。固結(jié)方程的傳統(tǒng)求解都是采用解析解，求解析解的工作是很繁瑣的，而且隨著固結(jié)理論的發(fā)展，很多固結(jié)方程很難得到解析解。于是，研究人員便基于計算機程序提出了固結(jié)理論的數(shù)值解。計算機的發(fā)展給固結(jié)理論提供了一條新的研究思路。
　　5結(jié)語
　　天然地基土的實際分布情況和土體的力學(xué)性質(zhì)是十分復(fù)雜的，但隨著研究人員對土的性質(zhì)認(rèn)識的深入，從線性固結(jié)到非線性固結(jié)，從飽和土固結(jié)到非飽和土固結(jié)，從一維固結(jié)到二三維固結(jié)，固結(jié)理論在不斷的完善，從而使固結(jié)理論更趨近實際。
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