地震波作用下饱和砂土动力特性试验研究

论文摘要

室内试验对地震作用的模拟通常采用Seed的简化分析法,该方法仅考虑S波垂直向上传播的剪应力作用,并可用单向动三轴或动单剪仪来进行模拟,基于此,在工程上已经得到广泛的应用。近年来,地震频发,在大城市周边发生的强震亦是屡见不鲜,此类地震俗称城市直下型地震,研究发现,该型地震往往震源较浅,若仍采用Seed简化法来模拟此类地震,已不再合理,而应考虑地震波斜入射,且同时应考虑P波的影响。对此,本文根据波动理论对地震波斜入射情况下场地某深度处的土单元应力响应进行了分析,进而对斜入射地震波作用下饱和松砂的动力特性进行了室内试验研究。根据弹性介质波动理论推导了一组平行地震波斜入射时弹性场地中任意单元体的应力状态,并由此得到了地震波作用下在土单元体中产生的动应力路径,通过对动应力路径的分析研究,发现：P波、S波单独斜入射时,应力路径均表现为倾斜的椭圆,垂直入射时,则表现为一条直线；两者同时入射时,仅当两者的入射频率f不相同时,动应力路径较为复杂,其余情况仍为斜椭圆；入射波的入射角、入射频率及单元体所处深度对动应力路径的形状有较大的影响。其次,本文重点对Kc固结条件下,地震波作用下饱和砂土的动力特性进行了试验研究,结果表明：地震波垂直入射与斜入射时饱和砂土的动力特性存在一定的差异,主要表现在动强度上,不管是P波入射还是SV波入射,随着入射角的增加,饱和砂土的动强度均呈现出先减小、后增大的发展趋势；P波垂直入射时,动应力路径为一条水平直线,动强度最大,SV波以入射角12°-15°入射时,动应力路径近似为一个圆,动强度最小,而SV波垂直入射时,动应力路径为一条垂直直线,动强度介于上述两者之间,表明若采用Seed简化法来模拟地震荷载,在某些情况下,结果可能不安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 地震三要素
• 1.1.2.1 震源
• 1.1.2.2 地震波
• 1.1.2.3 场地土
• 1.1.3 城市直下型地震
• 1.1.4 室内试验对地震波的模拟
• 1.1.4.1 S波的模拟
• 1.1.4.2 P波的模拟
• 1.1.5 模拟地震荷载土工仪器
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 地震室内试验模拟
• 1.2.2 斜入射地震波的数值模拟
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 P、SV波斜入射时土体动力响应分析
• 2.1 半无限弹性体中的平面波
• 2.2 地震波斜入射时基本方程
• 2.3 计算模型
• 2.3.1 分析模型
• 2.3.2 场地土参数
• 2.4 与仅考虑垂直入射时结果的对比
• 2.5 地震波入射时土单元体中产生的动应力路径
• 2.5.1 P波单独入射
• 2.5.2 SV波单独入射
• 2.5.3 P波和SV波同时入射
• 2.6 参数α、f、H对应力路径形状的影响
• 2.7 本章小结
• 第三章 试验设计
• 3.1 试验仪器及加载能力的验证
• 3.2 试验设计
• 3.2.1 前人研究
• 3.2.2 试验设计
• 3.3 试验土样及试验过程
• 3.3.1 试验土样基本性质
• 3.3.2 试验方案
• 3.3.3 试验过程
• 3.3.4 试验过程中曾遇问题及解决方法
• 第四章 地震波入射时饱和砂土动力特性
• 4.1 引言
• 4.2 试验结果及分析
• c固结条件下饱和砂土动力特性'>4.2.1 K_c固结条件下饱和砂土动力特性
• c固结条件下破坏准则'>4.2.2 不同应力路径下孔压与变形的关系及K_c固结条件下破坏准则
• 4.2.3 振次比-孔压比关系
• 4.2.4 地震波垂直入射时饱和砂土动力特性
• 4.2.5 斜椭圆应力路径作用下饱和砂土动力特性
• 4.2.6 斜入射地震波作用下饱和砂土的动强度
• 4.3 结论
• 第五章 数值模拟初探
• 5.1 数值模拟方法
• 3D简介'>5.2 Flac^3D简介
• 3D的主要特点'>5.2.1 Flac^3D的主要特点
• 3D的求解流程'>5.2.2 Flac^3D的求解流程
• 3D的应用范围'>5.2.3 Flac^3D的应用范围
• 3D的不足'>5.2.4 Flac^3D的不足
• 5.3 非线性动力分析
• 5.3.1 与等效线性方法的关系
• 3D动力计算采用的本构模型'>5.3.2 Flac^3D动力计算采用的本构模型
• 5.3.3 动力时间步
• 5.3.4 动态多步
• 5.3.5 力学阻尼
• 5.3.6 网格尺寸的要求
• 5.3.7 动孔压模型
• 5.4 地震波作用下室内单元体试验数值模拟初探
• 5.4.1 计算模型
• 5.4.2 模拟步骤
• 5.5 模拟结果
• 5.5.1 动荷载时程
• 5.5.2 不同参数下的模拟结果
• 5.5.3 对模拟结果的分析
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要研究结论
• 6.2 展望
• 6.3 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 参考文献
• 致谢