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基于扰动状态理论的砂土液化分析及其动应力—应变关系研究

季朝将  
【摘要】: 在动荷载作用下,饱和砂土的液化判别对于结构和基础的设计与分析是十分重要的。基于指标特性的传统经验性判别标准为这种设计与分析提供了有效的实用方法。然而,出于提高对砂土液化问题进一步认识的需要,材料的基本微观结构必须得到考虑。扰动状态理论就是通过对细观结构变化的物理与力学过程来反映材料变形与破坏的理论方法。 本文对砂土液化的研究现状进行了回顾,对其作用机理、影响因素以及传统经验性判别方法进行了总结归纳。为了反映土体微观结构的扰动,本文引入了扰动状态理论,重新定义了表征土体内部扰动的扰动状态函数,提出了一个基于扰动理论的砂土液化分析方法。 通过对杭州饱和砂土进行不排水动三轴试验,研究了循环次数、循环应力比、初始平均有效应力、相对密实度以及颗粒特征对土体扰动状态的影响。试验结果表明,当所受循环应力比较小时,扰动状态函数随循环次数增长缓慢,在较高的循环次数时才能达到临界值D_c或者无法达到临界值;当所受循环应力比较大时,在较小的循环次数时就能达到临界值D_c。对于相同循环应力比下的同类砂土,初始平均有效应力对扰动状态函数D的影响并不显著。而土体相对密实度越大,颗粒粒径越大,扰动状态函数到达临界值D_c的循环次数越大,其抗液化的能力亦越强。同时,在试验的基础上推导建立了扰动状态函数与循环次数、砂土的塑性轴向应变以及孔隙水压力响应的经验公式。 在Hardin-Drnevich模型的基础上,考虑了卸载及再加载曲线的割线剪切模量的变化规律和循环过程中的扰动损伤的影响,提出了一个基于扰动状态理论并可以反映卸载及再加载曲线非反对称性规律的动力应力-应变关系。该动力应力-应变关系较好地描述了卸载及再加载曲线的非反对称性,以及在小应变条件下具有较高的准确性。


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