循环荷载作用下软土的动力性能分析

论文摘要

我国是多地震国家,近年来地震作用频繁,且具有震级大、频率低、震源浅的特点。随着经济的发展、城市人口的高度集中以及土木工程建设的蓬勃发展,岩土工程的抗震防震的重要性日显突出。本文以汕头软土为研究对象,进行了一系列的静、动三轴试验。得出了软土动应变的增长存在突变点,其极限破坏应变标准可由这些突变点来确定;孔压滞后现象是软粘土动力特性中另一个显著的特点。在砂土动力性能研究中,常常用孔压来作为判别砂土液化的标准。而软土在动三轴试验中,能够量测到的孔压很小。本文通过相关试验方法捕捉到了震动过程中的累积孔压值,证实了软土孔压滞后现象严重。同时,根据量测到的孔压与周次近似成正比的关系,尝试着建立了考虑孔压滞后现象的孔压增长规律。接着研究了汕头软土场地的地震动反应分析,分析表明,软土对地震波具有放大效应或隔震效应,效应的产生与地震波形、输入加速度、峰值加速度出现的时间、软土层位置有关。同时极值一般出现在软土层的位置。地表加速度的频谱组成具有低频放大,高频过滤的特征。软土震陷也是目前研究的一个重要课题。动荷载作用过程中土体的最大动应变小于εtp时,其震后静剪切过程还表现出一定的弹性—应变硬化规律。当最大动应变大于εtp时,震后静剪切过程偏应力—应变关系呈线性变化,应变的增长速率快于强度的增长速率这说明土体已经进入大变形阶段,静剪切强度急剧下降。而常规静三轴剪切过程中,偏应力—应变曲线表现出明显的弹性—弹塑性—应变硬化阶段的特点。最后,参考判别砂土液化的方法,提出了基于扰动状态概念的软土初始震陷判别方法。基于Desai的扰动状态概念理论,建立了反映软土结构性、非线性、应变滞后的动力本构模型。模型中,引入了两个参考状态,即相对完整（RI）状态和完全调整（FA）状态。本文中相对完整（RI）状态采用了双屈服面的Hardening soil硬化模型,完全调整（FA）状态采用临界状态（Critical state）,并通过扰动函数D将RI状态和FA状态联系起来来反映土体的实际观测响应。模型中的扰动函数D考虑了土体扰动引起其微观结构变化而通过宏观响应来间接地考虑其结构性的影响。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 循环荷载作用软土动力性能分析的意义

1.2 国内外研究现状

1.3 现行研究存在的问题

1.4 扰动状态概念运用于软土动力分析的优点

1.5 研究内容及技术路线

1.6 各章研究内容及工作方法

第二章软土动三轴试验研究

2.1 引言

2.2 试验条件及试验参数

2.2.1 试样情况

2.2.2 试验设备及试验方案

2.3 试验成果分析

2.3.1 轴向动应变规律

2.3.2 孔压增长规律

2.3.3 软土强度变化规律

2.4 本章小结

第三章汕头深厚软弱土层地震动反应研究

3.1 引言

3.2 软弱土层地震动反应研究存在的问题

3.3 汕头地区软弱土层地震动反应研究

3.3.1 场地反应分析方法介绍

3.3.2 场地条件

3.3.3 地震动输入波型选取

3.3.4 结果分析

3.4 本章小结

3.5 以后需开展的工作

第四章基于扰动状态概念的本构模型的建立

4.1 引言

4.2 扰动状态概念基本原理

4.3 相对完整状态（RELATIVE INTACT STATE）

4.4 相对完整（RI）状态-HARDENING-SOIL模型

4.4.1 Hardening-soil模型简介

4.4.2 Hardening-soil本构模型的建立

4.5 完全调整状态（FULLY ADJUSTED STATE）

4.6 扰动函数（DISTURBED FUNCTION）

4.7 基于扰动状态概念本构模型的建立

4.8 两个参考状态（RI、FA）相关试验参数

4.9 扰动函数的确定

4.9.1 RI状态—Hardening soil硬化模型的确定

4.9.2 观测响应

4.9.3 扰动因子D的确定

c的确定'>4.9.4 临界扰动因子D_c的确定

4.10 基于扰动状态概念的本构关系式

4.11 本章小结

4.12 以后需开展的工作

第五章基于扰动状态概念模型的软土震陷判别方法

5.1 引言

5.2 软土震陷研究现状

5.3 软土震陷经验公式

5.4 软土震陷存在的问题

5.5 基于扰动状态概念的软土震陷判别方法

5.5.1 引言

c的确定'>5.5.2 初始震陷临界值D_c的确定

5.5.3 软土震陷的判别方法

5.6 本章小结

第六章总结与展望

6.1 主要研究成果

6.2 本研究的不足之处

6.3 未来的工作和展望

参考文献

致谢

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