饱和‑非饱和土一维大变形固结模型

周亚东; 姜龙飞; 郭帅杰; 杨伟超; 武志杰

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20201021004

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饱和‑非饱和土一维大变形固结模型

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 饱和‑非饱和土一维大变形固结模型
- A One‑Dimensional Large Strain Consolidation Model for Saturated‑Unsaturated Soil
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第3期页码：553-560
- 作者机构：
  
  1.同济大学土木工程学院，上海 200092
  2.天津城建大学天津市软土特性与工程环境重点实验室，天津 300384
  3.中国铁路设计集团有限公司，天津 300251
- 作者简介：
  
  周亚东（1985-），男，副教授，博士。主要从事软基处理方面的研究工作。E-mail：zyd476300@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51608351);天津市自然科学基金项目(18JCYBJC22600);天津市科技计划项目(21YDTPJC00030)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20201021004
  中图分类号： TU318
- 收稿：2020-10-29，
  
  修回：2021-01-18，
  
  纸质出版：2022-06-28
- 稿件说明：
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周亚东,姜龙飞,郭帅杰等.饱和‑非饱和土一维大变形固结模型[J].防灾减灾工程学报,2022,42(03):553-560.

ZHOU Yadong,JIANG Lonfei,GUO Shuaijie,et al.A One‑Dimensional Large Strain Consolidation Model for Saturated‑Unsaturated Soil[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(03):553-560.
周亚东,姜龙飞,郭帅杰等.饱和‑非饱和土一维大变形固结模型[J].防灾减灾工程学报,2022,42(03):553-560. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201021004.

ZHOU Yadong,JIANG Lonfei,GUO Shuaijie,et al.A One‑Dimensional Large Strain Consolidation Model for Saturated‑Unsaturated Soil[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(03):553-560. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20201021004.

摘要

基于分段线性差分法，建立了一种饱和‑非饱和土一维非线性大变形固结模型UCS2。该模型可考虑土体初始饱和度随深度变化，可分析不同地下水位深度的土体大变形固结问题，并编制了Fortran计算程序。采用现有数值解对该模型进行了验证，UCS2模型分别在饱和与非饱和情况下与现有数值解吻合。开展了大变形算例分析，对比了固结前后孔隙比、饱和度、孔隙水压的变化规律，探讨了地下水位深度及非饱和参数对土体固结沉降的影响。

Abstract

Based on the piece-linear finite difference approach， a one-dimensional nonlinear large strain consolidation model for saturated-unsaturated soils， called UCS2， is developed. The model considers the variation of soil initial saturation degree with depth and can solve large strain consolidation problems of soil at different groundwater tables. Fortran programming package is utilized to implement the computation of the model. The existing numerical solutions are used to verify the proposed model， and the model shows good agreement with the existing solutions in saturated and unsaturated cases， respectively. Then an example analysis of large strain consolidation was carried out using the UCS2 model， which compared the variations of void ratio， saturation degree， and pore water pressure at different consolidation stages， and investigated the effect of the groundwater table depth and unsaturated parameters on soil consolidation settlement.

关键词

Keywords

references

Gibson R E ， England G L ， Hussey M J L . The theory of one-dimensional consolidation of saturated clays： I. finite non-linear consolidation of thin homogeneous layers ［J］. Geotechnique ， 1967 ， 17 （ 3 ）： 261 ‑ 273 .

Mcvay M ， Townsend F ， Bloomquist D . Quiescent consolidation of phosphatic waste clays ［J］. Journal of Geotechnical Engineering ， 1986 ， 112 （ 11 ）： 1033 ‑ 1049 .

Fox P J ， Berles J D . CS2： A piecewise-linear model for large strain consolidation ［J］. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics ， 1997 ， 21 （ 7 ）： 453 ‑ 475 .

杨鹏，蒲诃夫，郑俊杰，等 . 真空‑堆载联合预压下竖井地基大变形非线性固结模型［J］. 岩石力学与工程学报， 2019 ， 38 （ 10 ）： 2103 - 2111 .

Yang P ， Pu H F ， Zheng J J ， et al . A large-strain non‑linear consolidation model of saturated soft soils stabilized by the vacuum-surcharge combined preloading method ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2019 ， 38 （ 10 ）： 2103 - 2111 . （in Chinese）

秦爱芳，羌锐，谈永卫，等 . 非饱和土层一维固结特性分析［J］. 岩土力学， 2010 ， 31 （ 6 ）： 1891 - 1896 .

Qin A F ， Qiang R ， Tan Y W ， et al . Analysis of one-dimensional consolidation characteristics in unsaturated soils ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2010 ， 31 （ 6 ）： 1891 ‑ 1896 . （in Chinese）

苏万鑫 . 非饱和土王维固结理论的解析与数值研究［D］. 浙江：浙江大学， 2009 .

Su W X . Studies on one-dimensional theory of unsaturated soils by analytical and numerical methods ［D］. Zhejiang ： Zhejiang University ， 2009 . （in Chinese）

苏万鑫，谢康和 . 非饱和土一维固结混合流体方法的解析分析［J］. 岩土力学， 2010 ， 31 （ 8 ）： 2661 ‑ 2665 .

Su W X ， Xie K H . Analytical solution of 1D consolidation of unsaturated soil by mixed fluidmethod ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2010 ， 31 （ 8 ）： 2661 ‑ 2665 . （in Chinese）

Qi S C ， Paul S ， Sai V . Piecewise-linear formulation of coupled large-strain consolidation and unsaturated flow. I： model development and implementation ［J］. Journal of Geotechnical and Geoenviron mental Engineering ， 2017 ， 143 （ 7 ）： 0401718 .

Noorishad J ， Mehran M ， Narasimhan T N . On the formulation of saturated‑unsaturated fluid flow in deformable porous media ［J］. Advances in Water Resources ， 1982 ， 5 （ 1 ）： 61 - 62 .

Kim J M . A fully coupled model for saturated-unsaturated fluid low in deformable porous and fractured media ［D］. Pennsylvania ： Pennsylvania State University ， 1996 .

Kim J M . A fully coupled finite element analysis of water-table fluctuation and land deformation in partially saturated soils due to surface loading ［J］. International Journal for Numerical Methods in Engineering ， 2000 ， 49 （ 9 ）： 1101 – 1119 .

张校通 . 弹性模量随深度变化的饱和‑非饱和土变形特性［D］. 上海：上海交通大学， 2011 .

Zhang X T . Deformation characteristics of Saturated-Unsaturated soil under elastic modulus varying with depth ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2011 . （in Chinese）

Cheng Y ， Zhang L ， Li J ， et al . Consolidation in spatially random unsaturated soils based on coupled flow-deformation simulation ［J］. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics ， 2017 ， 41 ： 682 ‑ 706 .

Yong R N ， Siu S K H ， Sheeran D E . On the stability and settling of suspended solids in settling ponds. I： Piece-wise linear consolidation analysis of sediment layer ［J］. Canadian Geotechnical Journal ， 1983 ， 20 ： 817 ‑ 826 .

Zhou Y D ， Deng A ， Wang C . Finite-difference model for one-dimensional electro-osmotic consolidation ［J］. Computers and Geotechnics ， 2013 ， 54 ： 152 ‑ 165 .

Deng A ， Zhou Y D . Modeling electroosmosis and surcharge preloading consolidation. I： model formulation ［J］. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ， 2016 ， 4 ： 04015093 .

周亚东，邓安，鹿群 . 非饱和土一维大变形固结模型［J］. 岩土力学， 2018 ， 39 （ 5 ）： 1675 - 1681 .

Zhou Y D ， Deng A ， Lu Q . A one-dimensional consolidation model considering large strain for unsaturated soil ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2018 ， 39 （ 5 ）： 1675 - 1681 . （in Chinese）

Lu N ， William J L . 非饱和土力学［M］. 北京：高等教育出版社， 2012 .

Lu N ， William J L . Unsaturated Soil Mechanics ［M］. Beijing ： Higher Education Press ， 2012 . （in Chinese）

Averjanov S F . About permeability of subsurface soils in case of incomplete saturation ［J］. English Collection ， 1950 ， 7 ： 19 ‑ 21 .

Van Genuchten M T . A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils ［J］. Soil Science Society of America Journal ， 1980 ， 44 （ 5 ）： 892 ‑ 898 ．

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