飽和砂土物態(tài)動力固結有限元分析研究.pdf

1、本文針對飽和砂土液化破壞問題，基于考慮砂土物態(tài)變化特性的循環(huán)彈塑性本構模型及物態(tài)動本構模型，結合土體動力反應分析的動量守恒方程、質(zhì)量守恒方程以及描述土骨架的幾何方程、孔隙水滲流定律和土骨架與滲流相互作用的有效應力原理3個基本關系，詳細推導了基于飽和砂土物態(tài)動本構模型和循環(huán)彈塑性本構模型的動力固結控制方程組，并進行了空間域和時間域的離散，得到了用有限元法求解的離散方程。開發(fā)了固液兩相介質(zhì)耦合反應的動力固結平面有限元計算分析程序，具有能夠輸

2、入豎向、水平向單個方向或雙向耦合的諧波及隨機波的功能以及震后固結分析的功能，且可以考慮人工粘性邊界。以模型試驗砂土堤和碎石樁處理砂土地基為分析對象，進行的動力反應及震后固結計算表明，考慮砂土物態(tài)變化特性的動本構模型能夠有效地預測循環(huán)荷載作用下土體的動孔壓瞬態(tài)波動及有效應力路徑的循環(huán)變化軌跡，反映了動荷作用過程砂土剪縮剪脹的物態(tài)變化；能夠確定動力反應過程殘余變形的發(fā)展以及震后固結變形的發(fā)展；能夠模擬碎石樁的顯著排水作用，有效抑制了加固區(qū)域

3、動孔隙水壓力的的上升，加固區(qū)始終存在一個零孔壓區(qū)域；與砂土堤基振動臺模型試驗結果對比，循環(huán)彈塑性本構模型預測的動孔隙水壓力在加載初期階段上升過快，表明加載初期砂土堤基的塑性變形發(fā)展較大；物態(tài)本構模型預測的動孔隙水壓力發(fā)展較慢，它更加符合模型試驗測試結果；引入粘性邊界后，能夠有效降低孔隙水壓力的波動性和加速度的放大倍數(shù)，使得邊界單元的動力反應趨于合理。上述結果驗證了物態(tài)動力固結分析程序的可靠性和正確性。本文的研究實現(xiàn)了飽和砂土物態(tài)本構模型