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毕业论文-真空-电渗联合固结排水的理论分析与数值模拟，共93页，34074字
中文摘要
真空预压固结处理地基是一种比较新的处理地基的方法，自 1952 年被提出
来后已经广泛应用在各种地基处理工程中。电渗也是一种有效的排水固结技术，
早在 1930 年代已经应用于岩土工程。
利用真空和电渗方法处理地基时，最终都会在土体中形成负的超静孔压而
使土体发生预压固结，同时也会在土体中产生不均匀沉降。真空预压时，靠近
真空边界的地方沉降大而远离真空边界的地方沉降小，电渗时，阳极处沉降而
阴极处沉降小。出于这两点考虑，可以将真空与电渗联合起来共同作用，在土
体中形成更大的负超静孔压，同时可以通过合理布置阴极和阳极的位置使土体
的沉降更均匀。
针对以上问题，本文首先阐述了真空预压和电渗固结的基本原理，分别发
展了真空预压和电渗固结物理模型并给出了模型的解析解。接着发展了真空联
合电渗排水固结的模型的解析解。主要模型包括平面一维模型、平面二维模型、
轴对称一维模型和轴对称二维模型。
根据描述土骨架应力变形的平衡方程、多孔介质中电渗流和水力渗流耦合
出流以及电场控制方程，发展了有限元数值分析软件，针对相应边界条件和初
始条件的计算结果与解析解完全一致，证明有限元软件可以合理模拟真空电渗
固结过程。
研究表明无论是真空还是电渗作用时，都将在模型中形成负的超静孔压。
真空作用最终在模型各处都形成相同的负超静孔压，并且在数值上等于外界所
施加的真空压力，而电渗作用则是在模型中形成线性分布的负超静孔压，在阴
极处最小为 0，而在阳极处能达到最大的负超静孔压。真空联合电渗最终能达
到比两者单独作用更好的固结效果，并且联合作用时模型中的超净孔压正好是
单独作用时模型中达到的超净孔压之和。通过多场耦合有限元数值分析得到了
模型中的位移场分布和土体沉降情况，对正确认识预压效果有一定作用。
关键词：真空；电渗；解析解；数值模拟；超静孔压；位移场；

目录
第 1 章 引言 .... 1
1.1 研究背景 .. 1
1.2 研究现状 .. 2
1.2.1 真空预压加固 ......... 2
1.2.2 电渗法 . 4
1.3 本文主要研究内容 ...... 5
第 2 章 真空预压固结的解析理论 ........ 6
2.1 真空预压固结的原理 .. 6
2.2 一维真空预压模型 ...... 7
2.2.1 模型的建立 ... 7
2.2.2 基本假设 ....... 7
2.2.3 微分方程的建立 ..... 8
2.2.4 模型的控制方程、边界条件与初始条件 ... 10
2.2.5 方程解析解的推导 ......... 10
2.2.6 推求固结度 . 12
2.3 平面二维模型 .. 12
2.3.1 模型的建立 . 12
2.3.2 基本假设 ..... 12
2.3.3 模型的控制方程、边界条件以及初始条件 ......... 13
2.3.4 方程解析解的推导 ......... 14
2.3.5 固结度计算 . 17
2.4 轴对称一维模型 ........ 17
2.4.1 模型的建立 . 17
2.4.2 基本假设 ..... 18
2.4.3 控制方程、边界条件以及初始条件 . 18
2.4.4 方程解析解的推导 ......... 19
2.5 轴对称二维模型 ........ 22
2.5.1 模型的建立 . 22
2.5.2 控制方程、边界条件和初始条件 ..... 22
2.5.3 方程解析解的推导 ......... 23
2.6 本章总结 24
第 3 章 电渗预压法的解析理论 25
3.1 电渗预压的原理 ........ 25
3.2 电渗一维模型 .. 25
3.2.1 模型的建立 . 25
3.2.2 基本假设 ..... 26
3.2.3 控制方程、边界条件与初始条件 ..... 27
3.2.4 方程解析解的推导 ......... 28
3.2.5 固结度的计算 ....... 33
3.3 轴对称一维模型 ........ 33
3.3.1 模型的建立 . 33
3.3.2 控制方程、边界条件与初始条件 ..... 34
3.3.3 方程的求解 . 36
3.3.4 固结度计算 . 36
3.4 本章总结 36
第 4 章 真空-电渗联合预压的解析理论 ....... 39
4.1 真空-电渗一维模型 .. 39
4.1.1 模型的建立 . 39
4.1.2 控制方程、边界条件和初始条件 ..... 39
4.1.3 方程的求解 . 40
4.1.4 计算固结度 . 41
4.2 轴对称一维模型 ........ 42
4.2.1 模型的建立 . 42
4.2.2 控制方程、边界条件和初始条件 ..... 42
4.2.3 方程求解 ..... 43
4.2.4 固结度计算 . 43
4.3 本章总结 43
第 5 章 真空与电渗模型的数值模拟研究 .... 45
5.1 真空与电渗预压法的数值模拟 .... 45
5.1.1 模型中的参数设置 ......... 45
5.1.2 多场耦合固结理论 ......... 46
5.2 解析解与数值解的结果对比 ........ 48
5.3 三种预压法的对比 .... 51
5.3.1 解析解的对比 ....... 51
5.3.2 数值解的对比 ....... 51
5.4 位移分析 54
5.4.1 模型介绍 ..... 54
5.4.2 模型表面的沉降 ... 54
5.4.3 真空-电渗二维轴对称模型的位移场 ......... 56
5.5 等应变假设 ...... 60
5.6 本章总结 61
第 6 章 结论和展望 ... I
插图索引 . I
表格索引 ........ III
参考文献 ........ IV
致谢 .......VII
声明 ......VIII
附录 A 外文资料的书面翻译 ..... IX