波浪荷載引起主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下砂土剪切特性的試驗(yàn)和模型研究.pdf

1、博士學(xué)位論文波浪荷載引起主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)下砂土剪切特性的試驗(yàn)和模型研究ExperimentaIandMOdeIingResearchOnShearCharacteristicsOfSandSubjectedtoWaVe—inducedPrincipalStressAxesRotation學(xué)號(hào)：!!!Q魚鯉墨指導(dǎo)教師：匡匡四塾拯王室洼副塾拯學(xué)科、專業(yè)：鲞王猩答辯日期：窒Q!墨生旦旦!晝旦大連理工大學(xué)DalianUniVers竹ofTechno

2、logy大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要波浪荷載是海洋工程中最為重要的荷載之一，波浪的周期性運(yùn)動(dòng)會(huì)在海床表面形成循環(huán)往復(fù)的波壓力。在波壓力作用下海床中一點(diǎn)土體單元上的正應(yīng)力與剪應(yīng)力均在循環(huán)變化，這就使得主應(yīng)力軸發(fā)生了持續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。經(jīng)典塑性力學(xué)認(rèn)為，當(dāng)主應(yīng)力軸方向旋轉(zhuǎn)而主應(yīng)力的大小保持不變時(shí)屬于中性變載，不會(huì)產(chǎn)生塑性應(yīng)變。然而大量相關(guān)試驗(yàn)研究表明主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)土體的變形、強(qiáng)度以及孔壓產(chǎn)生重要的影響，由主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)引發(fā)的海床失穩(wěn)己成為某

3、些海洋工程失事的重要原因：之一。因此針對(duì)由波浪荷載引起的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對(duì)砂土剪切特性的影響，開展相應(yīng)的試驗(yàn)研究和模型分析具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。目前有關(guān)波浪荷載引起的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的試驗(yàn)研究多集中于圓形應(yīng)力路徑下的循環(huán)主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，相關(guān)依據(jù)為當(dāng)采用無限厚度海床動(dòng)力響應(yīng)的解析解計(jì)算時(shí)，所得到的由波浪荷載引起的軸向偏差應(yīng)力(萬：一盯：)／2的幅值與剪應(yīng)力f。的幅值相等且相位差為900。但通常情況下海床為有限厚度，而以往研究表明

4、海床的厚度對(duì)海床的動(dòng)力響應(yīng)影響較大，因此波浪荷載作用下有限厚度海床內(nèi)土體單元上的應(yīng)力路徑也應(yīng)不同于無限厚度海床條件下的圓形應(yīng)力路徑，但目前針對(duì)有限厚度海床內(nèi)土體單元上的應(yīng)力狀態(tài)所進(jìn)行的試驗(yàn)研究還相對(duì)較少。此外剪脹性是砂土的一個(gè)重要材料特性，考慮狀態(tài)依賴性的剪脹理論雖然可以較好地反映砂土的剪脹特性，但在目前所提出的考慮狀態(tài)依賴性的砂土彈塑性本構(gòu)模型中，很少可以同時(shí)考慮主應(yīng)力軸：方向效應(yīng)。本文圍繞波浪荷載引起的主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)對(duì)砂土剪切特性的影

5、響，并結(jié)合砂性土自身工程特性，開展了一系列的試驗(yàn)和本構(gòu)模型研究工作。論文的研究成果一方面克服了傳統(tǒng)圓形應(yīng)力路徑下砂土動(dòng)強(qiáng)度特性難以直接用于分析有限厚度海床穩(wěn)定性的不足，另一方面也為分析由主應(yīng)力軸旋轉(zhuǎn)引起的砂土變形問題提供了一種可能的方法。本文主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：(1)證明了在線性規(guī)則波浪引起的主應(yīng)力軸循環(huán)旋轉(zhuǎn)下，有限厚度彈性海床內(nèi)一點(diǎn)土體單元上的應(yīng)力路徑在I(仃：一仃：1／2，f，。l平面上應(yīng)為非標(biāo)準(zhǔn)橢圓形而不是圓形或標(biāo)準(zhǔn)橢圓形，并