承压砂层水位变化引发弱透水层二维固结分析

朱国强,徐 进,杨伟涛

(烟台大学土木工程学院,山东 烟台 264005)

地下水资源的过度开采和地下工程施工会导致土层内水位发生变化,进而诱发区域性的地面沉降[1]。地面沉降是一种严重的环境地质灾害,这种现象会对地面建筑、市政管线等设施和周围生态环境产生不利影响[2-4],因此,通过客观有效的方法计算和预测水位变化引发的地面沉降是十分必要的。

对于土体在荷载作用下发生固结沉降的问题,国内外学者已有较深入的研究。冯健雪等[5]在连续排水边界条件下得出线性加载的地基土一维固结解析解。谢康和等[6]讨论了在变荷载的条件下多层饱和均质地基的一维固结解析解。阎澍旺[7]在一维Terzaghi方程解答的基础上,通过叠加法推广出一定边界条件下多维固结的解,同时也给出多维固结时固结度及沉降量的计算方法。AI等[8]结合积分变换和解析层元等方法,解答了层状土体在不对称荷载下的固结问题,并获取了土体内部任一点的位移及应力的积分表达式。ZHANG等[9]利用积分转换及矩阵传递等方法讨论了对称荷载作用下均质和不均质土体的多维固结沉降规律,并给出土体内位移和孔压的解析表达式。

水位变化引起土体渗流固结的原理与荷载作用下土体固结的原理有所不同。在承压条件下,当土层内水位发生变化时,土体内部的总应力不变,而有效应力发生相应调整,从而使土体发生固结变形[10]。骆冠勇等[11]在Terzaghi一维固结理论的基础上,得出含水层排水时上覆土层的沉降和固结度的计算方法。……