[發明專利]軟粘土電滲固結的多物理場耦合分析方法

在審

• 申請號: 202011373876.2
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112487682A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 周太全;沈美蘭;宋貝貝;王鵬程
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 李艾

本發明公開了軟粘土電滲固結多物理場耦合分析方法，包括如下步驟：建立土體的多物理場方程組；將上述多物理場方程組中的各方程分別改寫成弱形式；對上述弱形式進行離散，獲得電滲固結耦合分析的有限元控制方程組并求解。本發明充分考慮各物理場耦合特征，得到更可靠的數值結果和分析結果，從而能夠有效指導室內電滲固結模型試驗設計。

技術領域

本發明涉及電滲固結分析技術領域，具體涉及軟粘土電滲固結非線性分析方法。

背景技術

長三角地區經濟發達，該區域廣泛分布著軟粘土，軟粘土具有含水率高、壓縮性高、抗剪強度低、滲透系數小等特點，需對其進行必要的人工地基處理以獲得較高的地基承載力。電滲固結技術通過在土體內部通過直流電，土體中產生電滲流，通過土體內部排水完成固結，提高土體強度，是一種具有較好應用前景的軟土地基處理技術。目前，關于軟土電滲固結分析主要以解析法和數值法為主。

解析法通常將土體看作線彈性體，應用簡化的一維Esrig電滲固結理論，對土體在固結過程中表現出來的滲透系數、彈性模量隨著孔隙比變化考慮不足，而土體的滲透系數、彈性模量對電滲固結沉降計算有著重要的影響，因此該方法不能描述土體內部超靜孔隙水壓力時空發展規律。

數值法一般采用彈性模型來模擬土體，不能反映土體固結過程中孔隙比的變化對滲透系數、彈性模量等物理量的影響，例如胡黎明、吳偉令、吳輝等提出的軟土地基電滲固結理論分析與數值模擬，該方法將土體彈性模量視為常量，夸大了土體排水量，沒有計入土體和箱壁之間的摩擦力，最大沉降量位置和試驗測試位置有差異。

采用以上分析方法得出的結果與實驗結果存在較大誤差，不適于指導室內電滲固結模型試驗設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供了軟粘土電滲固結多物理場耦合分析方法，可以有效地考慮電滲固結過程中，多種物理場的耦合特征，分析結果可靠，能夠有效指導室內電滲固結模型試驗設計。

為了解決上述技術問題，本發明提供了軟粘土電滲固結多物理場耦合分析方法，包括如下步驟：

建立土體的多物理場方程組；

將上述多物理場方程組中的各方程分別改寫成弱形式；

對上述弱形式進行離散，獲得電滲固結耦合分析的有限元控制方程組并求解。

進一步的，所述多物理場方程組包括應力場的應力平衡方程、滲流場的孔隙水流動連續方程以及電場的電場控制方程。

進一步的，所述應力平衡方程由Biot固結理論和有效應力原理得到。

進一步的，采用伽遼金方法對上述弱形式進行離散，獲得電滲固結有限元分析控制方程組，在Matlab上編寫程序，進行多物理場耦合分析。

進一步的，所述多物理場耦合分析的步驟包括：

建立分析模型幾何形狀并導入有限元分析軟件；指定區域土體物理參數；確定應力邊界條件、排水/不排水邊界；確定分析類行為瞬態分析，設定分析起止時間、步長；求解。

進一步的，所述土體物理參數包括初始孔隙比，以及滲透系數、電滲透系數和電導率定義為初始孔隙比的函數的具體形式。

進一步的，所述應力邊界條件、排水/不排水邊界為：兩側設置橫向位移約束，底部設置豎向位移約束，左右兩側還施加彈性基礎層；陽極和底部設置為不排水邊界，陰極和表面設置為排水邊界。

進一步的，所述多物理場方程組是在二維平面條件下建立的。

進一步的，所述多物理場方程組存在邊界條件，包括Dirichlet邊界條件，即指定邊界孔隙水壓力、位移，以及Neumann邊界條件，即指定邊界處流量。

進一步的，所述土體的骨架采用非彈性本構模型。