摘要
软土在我国分布较广，跟软土相关的工程建设项目很多，软土的工程性质差，孔隙比大、含水量高、强度低。在工程建设中，软土地基承载力低，易于变形，难以满足工程需求，必须进行加固处理。因此，我们必须对软土的性质进行深一步的研究，而软土的固结对土的工程性状有着重要的影响，与土工建筑物和地基的渗流、稳定及沉降等问题有密切联系，在研究软土固结的同时必须考虑软土的流变性质。
软土的蠕变是指外力作用后变形随时间增长的现象，固结是指外力作用后土体骨架中超静孔隙水压力消散的过程。在土力学中，固结理论和流变理论是从各自不同的角度反映土体变形的客观规律，两种理论通过变形机理联系在一起。
本文首先介绍了软土的工程性质及其本构模型，然后介绍了土的固结理论和流变理论的研究概况以及数值方法在岩土工程的应用情况。接着具体介绍土的固结理论及其求解方法，详细叙述土的流变模型及本构方程。在此基础上提出了软土蠕变-固结模型，建立本构方程，推导了非线性弹粘性固结问题的有限元方程。本文还对深圳海淤土做了蠕变试验，从中可以看出软土蠕变的基本规律，软土瞬时变形呈现明显的非线性，软土蠕变变形和超静孔压的消散有关，它对应力和应变的影响取决于土体的排水条件，排水条件不良时，蠕变影响大。本文在TDBC-95程序基础上运用FORTRAN语言编写比奥固结有限元程序，对武山铜矿1号尾矿坝地基固结沉降问题进行分析，计算结果和实测资料进行比较，验证本程序的可行性与正确性，同时通过计算模拟施工过程，可以作为类似工程施工进程的参考，为实际问题提出解决施工控制。
Soft soil is in existence all over the country. A lot of engineering items'have relations with soft soil. Its engineering characteristic is bad with bigger void ratio, higher water content, lower intensity. In engineering constructing, we have to reinforce the soft ground because of its lower carrying capacity and aptness to deform. So we must make a deeper research for the property of soft soil. The consolidation of soft soil influences greatly on engineering characteristic of soil, and has close relation with such problems as filtration stability, subsidence etc of earth structure and foundation. And we should think over rheologic properties when we study the consolidation of soft soil.
Creep of soft soil means that deformation is rising with time under certain outside force. Consolidation is the course of super pore-pressure dissipation after loading. In Soil Mechanics, consolidation theory and rheologic theory reflect the external orderliness of soil displacement in different way. These two theories are contacted with each other by deformation mechanism.
In this paper the engineering characteristic and Strain-Stress model of soft soil are presented. Then the general research situation of consolidation theory and rheologic theory are elaborated systematically, the application of numerical measures is introduced. In this paper the consolidation theory and its solution ways of soil are detailedly narrated. The rheologic model and Stress-Strain equation of soil are also recounted. On base of these, a creep-consolidation model of soft soil is brought forward, the Stress-Strain equation is also founded. The lunited element equation of nonlinear elastic-viscous consolidation model is constructed. An indoor experimentation about creep deformation of Shenzhen ocean silt soil was done. General creep deformation characteristics are derived. Test shows that the instantaneous displacement presents obvious nonlinear property, and the creep deformation of soil is related to pore-pressure dissipation. The influence of creep on stress and strain is decided by drainage condit
ion of soft foundation. The influence will aggrandize when drainage condition is bad. Based on TDBC-95 program, a
will aggrandize when drainage condition is bad. Based on TDBC-95 program, a Biot consolidation finite element program is compiled by Fortran language. The program is used to calculate the consolidation subsidence. Compared with the observational datum, the program is proved to be feasible and exactitude. It also can be used to simulate the constructing process, to offer referrence for analogous engineering and to supply project for constructing.
引文
1 建筑地基基础设计规范．GB50007-2002．
2 吴邦颖，张师德，陈须禄．软土地基处理．中国铁道出版社．1995．
3 Duncan J M, Chang C Y. Non-linear analysis of stresses and strain in soil. In: Proc.ASCE,JGED,1970,96(SM5):1629-1653.
4 南京水利科学研究院．土工试验规程．中国水利水电出版社．1999．
5 Sun Jun. Performance of the High Rock Slopes at the Three Gorges Permanent Ship Lock, News J., ISRM pp. 21～24 Vol.5, No.2, June, 1998.
6 赵维炳，施健勇．软土固结与流变．南京：河海大学出版社，1996．
7 汤斌．考虑流变特性的固结理论及软土地基固结问题有限元分析．武汉大学硕士学位论文．2001，4．
8 陈晓平，白世伟．软土蠕变．固结特性及计算模型研究．岩石力学与工程学报．2003，22(5)：728～734．
9 陈宗基．固结及时间效应的单维问题．土木工程学报．1958，5(1)．1～10．
10 Folque, J. Rheology. Properties of Compacted Unsaturated Soil, Proc.5th ICSMEF, Vol, 1, 1961.
11 赵维炳．广义模型模拟的饱和土体一维固结理路及其应用．岩土工程学报．1989，11(5)：78～85．
12 赵维炳．广义模型模拟的饱和土体轴对称固结理论解．河海大学学报．1988，16(5)：47～56．
13 赵维炳．主次固结简化计算方法．水利学报．1994，1．
14 赵维炳．软粘土的一种粘弹性本构模型及参数测定．中国青年学者岩土工程力学与应用讨论会论文集．武汉，1994．
15 詹美礼，赵维炳，顾吉．软粘土粘弹-粘塑性模型及参数确定[A]．中国青年学者岩土工程力学及其应用讨论会论文集[C]．北京：科学出版社，1994，104～109．
16 詹美礼、钱家欢、陈绪禄．软土流变特性试验及流变模型[J]．岩土工程学报，1993，15(3)：54～62．
17 余志顽，赵维炳，顾吉．粘弹-粘塑性软基排水预压的三维有限元分析[J]．河海大学学报，1995，23(5)：1～7．
18 Lo K Y. Secondary Compression of clays. In: Proc ASCE, JSMFD, 1961,
87(SM4): 61～86.
19 Gibson R E, Knight K, Taylor P W. A Critical Experiment to Examine Theories of Three-dimensional Consolidation. In: European Conf. of S M and F E. 1963.1: 69～76.
20 村山朔郎，柴田彻[日]．关于粘土地流变特性．南京水利科学研究所．
21 Lee F H. Stress Analysis in Visco-elastic Bodies. Quart of Applied Math, 1955, 13: 183～190.
22 沈珠江．用有限元法计算软土地基的固结变形．水利水运科技情报．1977，1．
23 沈珠江．软土地基弹塑性固结变形计算机程序---CONDEP，南京水利科学研究所．1981．
24 殷宗泽，徐鸿江，朱泽民．饱和土平面固结问题有限元法．华东水利学院学报．1978，1．
25 孙钧．岩土材料流变及其工程应用．中国建筑工业出版社．1999．
26 殷建华，朱俊高．软土弹粘塑性固结模拟．岩土工程学报，1999，21(3)．42～52．
27 Krause, G., Consolidation theories Based on the Mechanics of Mixtures. Die Bautechink(D), Vol.54, No.3, 1977.
28 孙法文，刘艳玲等．土的蠕变与土石坝稳定．西北地质．1999，32(2)：55～57．
29 谢宁，姚海明．土流变研究综述．云南工业大学学报，1999，15(1)：52～56．
30 陈宗基．Structure Mechanics ofClay．中国科学院，1959，8(1)．41～45．
31 Bazant Z P, Ansal A M,Krizek R J.Viscoplasticity of Transversely Isotropic Clays.Journal of Engineering Mechanics Division,ASCE, 1979,105(4): 1024～1028.
32 Keedwell J K. Reology and soil Mechanics. London: Elsevier Applied Science Publishingers, 1984. 91～92
33 Vyalov S S. Heological Fundamentals of Soil Mechanics. London: Elsevier Applied Science Publishingers, 1986. 231～232.
34 谢宁．软土非线性流变的理论、试验和应用研究．上海：同济大学博士学位论文，1993．
35 李军世，孙钧．上海淤泥质粘土的Mesri蠕变模型．土木工程学报．2001
36 李军世，林咏梅．上海淤泥质粉质粘土的Singh-Mitchell蠕变模型．岩土力学．
2000，21(4)：363～366．
37 王琛，刘浩吾，许强．三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Mesfi蠕变模型．2004，39(1)：15～19．
38 唐辉明，滕伟福．岩土工程数值模拟新方法．地质科技情报，1998，17(2)．41～42．
39 谢宁，孙钧．土体非线性流变的有限元解析及工程．岩土工程学报，1995，17(4)．95～99．
40 C．C．维亚洛夫[苏]．土力学的流变原理．北京：科学出版社，1987．
41 侍倩．饱和软粘土蠕变特性试验研究．土工基础．1998，9：40～41．
42 南京水利科学研究院土工研究所．土工试验技术手册．人民交通出版社．2003，4．
43 王润富，佘颖禾．有限单元法概念与习题．科学出版社．1998，3．
44 王保兴，范小娟塑，塑料排水板固结法在软土地基中的应用，西部探矿工程，2000，3
45 许建瑞，刘俊．塑料板排水处理软土地基的研究现状．科技情报开发与经济．2001，1：59～60．
46 Yin J H, Graham J. Elastic Visco-plastic Modelling of One-dimensional Consolidation. Geotechnique. 1996, 46(3): 515～527.
47 《地基处理手册》编写委员会编．地基处理手册．北京：中国建筑工业出版设．1982．
48 钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算(第二版)．北京：水利电力出版社，1994．
49 谭浩强，田淑清．Fortran语言程序设计．高等教育出版社．1995．
50 洪庆章，刘清吉，郭嘉源．ANSYS教学范例．中国铁道出版社．2002，1．
51 陈慧远．土石坝有限元分析．河海大学出版社．1988．
52 雷晓燕．岩土工程数值计算．中国铁道出版社．1999，11．
53 张超杰，王立忠，陈云敏．一维弹粘塑性固结模型研究．水利学报．2003，5：16～23．
54 王常明．土流变学研究现状与趋势．世界地质．1998，4．33～35．
55 黄文熙．土的工程性质．水利水电出版社．1983
56 孙钧，汪炳．地下结构有限元法解析．同济大学出版社．1988，6．
57 薛毅．最优化原理与方法．北京工业大学出版社．2001，2．
58 张伟．软土的流变特性及其在深基坑开挖用的应用．武汉大学硕士学位论文，2001，6．
59 梁志松．基于软土流变理论的地基应力解除法纠偏技术的数值模拟．武汉大学硕士学位论文，2002，6．
60 Qian J H, Wang S Y, Guo Z P. Rheology and soft clay engineering. Marine Geotechnology an Nearshore/offshore Structures. ASTM. 1986, 923: 112～121
61 殷宗泽．一个土体的双屈服面应力应变模型．岩土工程学报．1988，10(4)：64～71．
62 谢宁．土流变试验设计及有关问题．云南工学院学报．1994，10，4：76～82．
63 王常明，肖树芳，夏玉斌，刘成民．海积软土的固结蠕变性状．长春科技大学学报．2001，1．
64 王祥秋，邓修甫，陈秋南．粘性土非线性流变特性与积分蠕变方程．湘潭工学院学报．1999，9：68～71：363～367．
65 徐书平，刘祖德．比奥固结理论在堆载预压加固工程场地中运用．岩土力学．2003，24(2)：308～309．
66 赵维炳等．土工织物加筋与塑料板排水联合加固软基的计算研究．岩土工程学报．1998，20(3)：61～65．
67 沈珠江，易进栋．海滩软土路基的固结变形分析．岩土工程学报．1987，9(6)：39～45．
68 Hird C C, Pyrah I C, Russell D. Finite Element Modelling of Vertical Drains beneath Embankments on Soft Groud. Geotechnique, 1992, 42(3): 499～511.
69 刘祖德．高等土力学．武汉大学讲义．1997．
70 陈晓平，白世伟．软粘土地基粘弹塑性比奥固结的数值分析．岩土工程学报．2001，23(4)：481～484．