论文摘要
本文针对饱和松砂,进行了大量的各种复杂应力条件下的试验研究,进而对于循环剪切荷载作用下饱和松砂的变形与强度特性进行了比较全面而系统的分析。本文利用突变理论建立了饱和松砂的本构模型,用尖点突变模型来模拟了其剪切破坏的发展过程。通过对试验资料的回判,认为这一方法可以用来判断饱和松砂的破坏。试验主要为循环扭剪试验,此试验重点是模拟饱和松砂在地震荷载作用下的破坏过程。在试验中,针对应力-应变发展模式和孔隙水压力发展特性,探讨了初始大主应力方向、中主应力系数等的影响。试验表明,初始主应力方向角对应力-应变模式的影响十分显著。在非均等固结条件下,当大主应力方向与竖向之间的夹角为0°、90°时,土体发生破坏时变形以正应力偏差引起的轴向变形为主。相反,在非均等条件下,当大主应力方向与竖向之间的夹角为30°、45°、60°时,试样发生破坏时剪切变形的分量很大。而且这种规律似乎与中主应力系数没有必然的联系。因此认为初始剪应力的作用不容忽视。而在均等固结条件下,试样固结时没有剪应力的预剪作用,此时剪应变的循环效应和累积效应均十分显著。由于在均等固结条件下强度随循环振次的增加而逐渐降低,导致了试样的残余累积变形发展较快。对饱和砂土的初始25种状态下的孔隙水压力和广义剪应变的发展时程进行了分析。试验结果表明,三向非均等固结应力条件下,孔隙水压力始终达不到初始固结有效平均应力,因此无法按照通常的初始液化定义（即孔压达到初始固结有效应力）作为破坏标准。实际中发现,在振动过程中,即使孔隙水压力未达到有效平均固结压力而稳定在某一水平附近,变形将仍然发展非常迅速。这种变形同时包括了轴向变形和剪切变形,因此这里选用以广义剪应变达到5%作为破坏标准。以往利用突变理论建立土的本构模型多以孔压比作为状态变量,对土的液化进行判断。本文在试验分析的基础上,将广义剪应变引入作为状态变量,弥补了以往利用孔压比作为判断依据的不足。根据试验数据以及砂土特性建立其物理边界条件,并对模型中的有关参数进行了确定,完善了本构模型公式。还根据试验数据,对振能因子系数进行了修正,增加了此本构模型灵活性和准确性。最后通过对试验数据的回判,可以看出此模型有较高的准确性。因此认为将突变理论应用到复杂应力作用下饱和砂土的破坏中是可行的。