论文题目: 饱和砂土体有效应力物态地震反应分析方法的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 陈存礼
导师: 谢定义
关键词: 饱和砂土,物态,地震反应分析,有效应力物态动本构关系
文献来源: 西安理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文通过对现有土体动力反应分析方法的系统分析,提出了新的有效应力物态地震反应分析方法的研究目标。本文的研究工作主要取得了如下三个方面的成果。 首先,为建立有效应力的物态本构关系,在动三轴仪上对饱和砂土进行了大量的等q往返球应力p和等p往返偏应力q以及往返p、q三类固结排水动力试验,揭示了往返球应力和往返偏应力作用下饱和砂土的应力应变特性,在继承饱和砂士瞬态动力学理论的基础上,完善了由状态边界面、相态转换面及应力历史边界面构成的静动有效全应力空间特性域,建立了能够全面反应饱和砂土的应力应变非线性、硬化性、剪切胀缩性和压密回胀性、应力路径相关性以及球应力和偏应力与变形的耦合性等主要特征的有效应力物态动本构关系。这个本构关系对球应力引起的体应变εvp、偏应变εsp（很小可以忽略）和偏应力引起的体应变εvp、偏应变εsq均区别了加荷、卸荷和相应的物态进行了描述,建立了球应力比与体应变之间的线性关系(p/pa～εvp)和偏应力比与体应变的线性关系(q/p～εvp)及随动坐标内偏应力与偏应变之间的双曲线关系(qr～εsq,r)三类有效应力应变关系与有关参数的确定方法,物理概念清楚,表述简洁。对不同试验跟踪球应力和偏应力的往返变化,计算得到体应变和偏应变的变化,计算结果与试验结果吻合较好。 其次,以动力固结理论和瞬态动力学理论为基础,将该本构关系引入到以动力反应与动力固结相耦合,静应力和动应力变化相耦合,孔压产生、扩散和消散相
论文目录:
1 总论
1．1 饱和砂土动本构模型的研究
1．2 饱和砂土动孔压的研究
1．3 饱和砂土动强度与液化的研究
1．4 土体动力反应分析的研究
1．4．1 动力作用下土体应力应变的真实过程
1．4．2 土体动力反应过程分析的实用方法
1．4．3 对土体动力反应过程分析方法的讨论
1．4．4 土体动力反应过程模拟与分析的合理思路与方法
1．4．5 土体动力反应过程分析合理思路与方法对研究提出的要求
1．5 本文研究的任务及基本思路
2 饱和砂土物态变化与有效应力的关系
2．1 试验方案
2．1．1 试样初始干密度控制
2．1．2 试样固结
2．1．3 试样选择
2．1．4 试验方案
2．1．5 试验方法
2．2 往返球应力作用下饱和砂土变形特性
2．2．1 体应变ε_(vp)、轴应变ε_(1p)、偏应变ε_(sp)过程曲线与变形特征
2．2．2 往返球应力p与体应变ε_(vp)关系与物态类型
2．2．3 压缩物态下的变形规律
2．2．4 回胀物态下的变形规律
2．2．5 往返球应力作用下的变形分析
2．2．6 本节小结
2．3 往返偏应力作用下饱和砂土变形特性
2．3．1 往返偏应力作用下体应变ε_(vq)轴应变ε_(1q)、偏应变ε_(sp)过程曲线与变形特征
2．3．2 往返偏应力q～体应变ε_(vq)关系与物态类型
2．3．3 C_1型剪缩物态下的ε_(vq,c_1)～q/p关系
2．3．4 C_2型剪缩物态下的ε_(vq,c_2)～q/p关系
2．3．5 C_3型剪缩物态下的ε_(vq,P)～q/p关系
2．3．6 剪胀物态下的ε_(vq,P)～q/p关系
2．3．7 往返偏应力q～偏应变ε_(sq)关系与物态类型
2．3．8 名偏应力往返作用下的变形分析
2．3．9 本节小结
2．4 往返球应力、偏应力联合作用下饱和砂土变形特性
2．4．1 往返球偏应力联合作用下体应变ε_v、轴应变ε_1、偏应变ε_s过程曲线与变形特征
2．4．2 往返球偏应力联合作用下q/p～体应变ε_v关系与物态类型
2．4．3 往返球偏应力联合作用下q～偏应变ε_s关系
2．4．4 本节小结
3 饱和砂土有效应力物态动本构理论体系的探讨
3．1 饱和砂土的瞬态动力学理论的基本框架
3．2 静动全应力空间特性域
3．2．1 动三轴应力条件下物态的变化规律
3．2．2 状态边界面
3．2．3 相态转换面
3．2．4 应力历史边界面
3．2．5 应力空间特性域
3．3 加卸荷与特性域(物态)判别的准则
3．4 饱和砂土的有效应力物态动本构关系
3．4．1 建立饱和砂土物态动有效应力应变关系的基本思路
3．4．2 饱和砂土的物态动有效应力应变关系
3．4．3 饱和砂土的有效应力物态动本构关系的统一描述
3．4．4 有效应力物态动本构关系的应用
3．4．5 有效应力物态动本构关系参数的确定
3．4．6 有效应力物态动本构关系在非规则震动荷载作用下的应用
4 饱和砂土体有效应力物态地震反应分析的理论与方法
4．1 瞬态动力学的基本方程
4．1．1 二相介质的运动微分方程
4．1．2 有效应力原理
4．1．3 几何方程
4．1．4 孔隙流体平衡方程
4．1．5 渗流连续方程
4．1．6 物理方程
4．1．7 瞬态动力学基本方程组
4．2 瞬态动力学基本方程的求解方法
4．2．1 空间域离散
4．2．2 时间域离散
4．2．3 三维八结点六面体等参元的有限元方法
4．3 饱和砂土有效应力物态地震反应分析的实现方法及计算中有关问题的处理
4．3．1 震动前的初始应力场
4．3．2 三维应力条件下饱和砂土液化的判定准则
4．3．3 单元破坏后应力修正
4．3．4 震动过程中孔隙水压力上升对模量的影响
4．3．5 加卸荷及应力特性域判定准则
4．3．6 阻尼比的确定
4．3．7 动力反应中动力系统基频的计算
4．3．8 动力反应中时步迭代标准
4．3．9 震动期间的动力反应分析
4．3．10 震动结束后的孔压消散
4．4 饱和砂土有效应力物态地震反应分析的三维有限元程序开发
4．4．1 程序的流程图
4．4．2 饱和砂土有效应力物态地震反应分析的三维有限元程序简介
5 饱和砂土地基有效应力物态地震反应分析计算
5．1 有限元计算模型及边界约束条件
5．2 地震加速度输入
5．3 计算参数的选取
5．4 计算结果及合理性分析
5．4．1 孔压的时程变化
5．4．2 地基内孔压(I - I剖面)的分布
5．4．3 应力(主应力σ_1,σ_2,σ_3及球应力p、偏应力q)和偏应变ε_s、体应变ε_v的时程变化
5．4．4 主应力σ_1,σ_2,σ_3，偏应变ε_s及体应变ε_v在地基内的分布
5．4．5 加速度反应时程变化
5．5 排水条件对动力反应分析结果的影响
5．5．1 排水条件对动孔压时程变化的影响
5．5．2 排水条件对地基内动孔压分布的影响
5．5．3 排水条件对地基内体应变发展的影响
6 结论与展望
6．1 结论
6．2 展望
致谢
参考文献
作者在攻读博士学位论文期间的科研成果
发布时间: 2005-12-23
参考文献
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