Derivation of consolidation partial differential equations with non-linear flow characteristics on organic soil example

Derivation of consolidation partial differential equation with non-linear flow characteristics is proposed. The non-linear flow characteristics are obtained from flow-pump test on organic soil and described with empirical relationship. Several reasons were crucial to perform tests on organic soil. Firstly organic soils are very compressible, so that results in high permeability changes. Even with small stresses organic soil deforms a lot. Secondly road embankments, flood control levees, dykes and dams are very often located on organic soil, so it is important to model deformations under these constructions. Thus to model consolidation process in soft organic soil one should consider as follows: physical and mechanical properties, non-linear stress-strain relationship, non-linear flow characteristics, and creep strains. This paper is focused mainly on non-linear flow characteristics that change with porosity and hydraulic gradient variations.

W artykule zaproponowano wyprowadzenie równania różniczkowego cząstkowego konsolidacji z uwzględnieniem nieliniowości przepływu. Nieliniowe charakterystyki przepływu wyznaczono na podstawie badań flow-pump na gruntach organicznych. Zależność pomiędzy prędkością przepływu wskaźnikiem porowatości i gradientem została zapisana za pomocą równań empirycznych. Analiza wyników badań laboratoryjnych potwierdziła dużą zmienność przepływu wraz ze zmianą porowatości. Wiele budowli, takich jak: nasypy drogowe, obwałowania, zapory i wykopy budowlane, jest bardzo często posadowionych na ściśliwych gruntach organicznych, dlatego właściwe zamodelowanie przebiegu konsolidacji jest bardzo istotne. W tym celu należy wziąć pod uwagę czynniki, takie jak: fizyczne i mechaniczne właściwości gruntu, nieliniową zależność naprężenia i odkształcenia, nieliniową charakterystykę przepływu i pełzanie. W artykule skupiono się na nieliniowych charakterystykach przepływu zmiennych z porowatością i gradientem hydraulicznym. Zaproponowano równanie różniczkowe cząstkowe konsolidacji uwzględniające nieliniowość przepływu w gruntach organicznych.