(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210984491.2 (22)申请日 2022.08.17 (71)申请人 中国电建集团江西省电力设计院有 限公司 地址 330000 江西省南昌市高新 开发区京 东大道426号 (72)发明人 王啊强　黄凭　肖锐　乐海洪　 徐晨　王登科　刘建　李新　彭昆　 汪钦　揭俊平　 (74)专利代理 机构 南昌青远专利代理事务所 (普通合伙) 36123 专利代理师 刘爱芳 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01)E02D 33/00(2006.01) E02D 3/046(2006.01) G06Q 50/08(2012.01) (54)发明名称 一种电网建设大面积堆填地基的非线性固 结分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种电网建设大面积堆填地 基的非线性固结分析方法， 根据室内试验和现场 实际情况， 采用两种孔隙结构来描述工程渣土， 利用力学的基本原理， 推导含有两种孔隙结构的 工程渣土的固结耦合方程， 并利用有限单元法来 进行数值求解， 最终实现对工程渣土固结性状的 分析， 得到电网建设项目大面积堆填地基的非线 性固结时间和沉降， 以解决工程渣土地基的复杂 固结分析问题， 给电网建 设提供相关参 考。 权利要求书3页 说明书8页 附图6页 CN 115408749 A 2022.11.29 CN 115408749 A 1.一种电网建 设大面积堆 填地基的非线性固结分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 将工程渣土在堆填后其内部大小不一的空隙视为两种孔隙结构， 对其进行分 类， 并据此将工程渣土的组成分为 三相物质； 步骤2、 在实际电网建设工程中， 对于地基的固结主要考虑的是Z方向的变形， 因此在竖 向方向可将工程渣土的总竖向应变εSz分解为裂隙骨架竖向应变εHz、 孔隙骨架竖向应变εDz 和固相基质竖向应 变 之和： 步骤3、 根据 连续介质力学和混合物理论， 推导出工程渣土的质量守恒方程和动 量守恒 方程， 然后进一步推导得出工程渣土的能量平衡方程， 所述工程渣土在 Z方向的能量平衡方 程为： 上式(2)中， ξ为工程渣土的总内能； 为裂隙有效应力； σz为竖向总应力； PF为 裂隙孔压； εHz为裂隙骨架的竖向应变； 为块状土在工程渣土的体积分数； 为孔隙有效应力； σrz为块状土受的竖向应力； PP为孔隙孔压； εDz为孔隙骨架的竖向应变； 为固相在工程渣土的体积分数； PSz为固相受的竖向应力； 为固相基质的竖向应变， 即土 颗粒的竖向应变； 为裂隙流相在工程渣土的体积分数； 为裂隙流相基质的竖向应变； 为孔隙流相在工程渣土的体积分数； 为孔隙流相基质的竖向应变； cz为质量交换所 引起的竖向变形项； 为相对运动产生的能量供 给量； 由上式(2)可知 与 εHz为功共轭对， 与 εDz为功共轭对， PSz与 为功共轭对， PF与 为功共轭对， PP与 为功共轭对； 从上式(2)进一步可知工程渣土的内能ξ可分为五部分： 第一部分是裂隙骨架竖向变形 的内能ξHz， 它取决于 εHz； 第二部分是孔隙骨架竖向变形的内 能ξDz， 它取决于 εDz； 第三部分是 固相基质竖向变形的内能ξSz， 它取决于 第四部分是裂隙流相基质变形的内能ξFz， 它取 决于 第五部分是孔隙流相基质变形的内能ξPz， 它取决于 根据热力学的局部平衡原 理， 可以推出： 由上式(3)可知， 由εHz唯一确定， 由εDz唯一确定， PSz由 唯一确定， PF由 唯一 确定， PP由 唯一确定； 在上式(4)中， 表示裂隙和孔隙流相的交换， 是与裂隙和孔隙流相的渗流 相关； 步骤4、 对于步骤1中划分的固相基质、 裂隙流相基质和孔隙流相基质， 三者之间满足线 弹性的变形 方式， 即有：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115408749 A 2上式(5)中， KRS为固相基质的压缩 模量， KRF＝KRP为流相基质的压缩 模量； 对于 εHz和 εDz， 工程上常用变形为Duncan ‑Chang非线性的双曲线模型进行表示： 上式中 表示裂隙骨架的压缩模量； 表示孔隙骨架的压缩 模量； KH和KD两者都是随着应力变化而相应改变的； 故结合式(1)、 (5)、 (6)和(7)可 得 对上式(8)进行微 分， 并引入裂隙流相竖向渗入 量ζFz和孔隙流相竖向渗入 量ζPz的概念， 再根据平衡微分方程和达西定律， 并经过推导可得工程渣土固相、 裂隙流相和孔隙流相的 三相耦合固结 方程： 上式中 kFz为工程渣土中块状土间的裂隙渗透系 数； kPz为块状土中的孔隙渗透系数； γw为流体的重度， 表示裂 隙和孔隙流体相互之间的流动交换速率， 是裂隙的形状系数； 步骤5、 根据上述 步骤所得， 利用有限单 元法， 可以推导出有限单 元格式， 进行 数值解： [Km]{uSz}e+[KSF]{PF}e+[KSP]{PP}e＝{RSz}e                                  (12) 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115408749 A 3