【摘要】：基于傳統(tǒng)的模量軟化法和雙曲線彈性本構(gòu)模型建立永久變形隨時間變化的表達式。通過與動三軸試驗結(jié)果對比發(fā)現(xiàn),此類方法在應(yīng)用于循環(huán)荷載下易液化的粉砂的永久變形計算時,具有明顯的局限性。因此,結(jié)合粉砂容易液化而產(chǎn)生流變的特性,在力的平衡方程中引入流變項。通過分析力的平衡方程,發(fā)現(xiàn)引入流變項后能夠更好地描述土體破壞前后的永久變形發(fā)展規(guī)律。同時,得出了方程中相關(guān)參數(shù)的計算方法,并將數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)兩者吻合度較高。研究為循環(huán)荷載作用下粉砂的永久剪切變形計算提供了一種新思路。
【圖文】：

泛稍叵碌謀ズ蛻巴輛哂械涂辜糶院土?動性。因此，本文基于模量軟化的觀點，認(rèn)為地震過程中的殘余變形主要是由地震的循環(huán)荷載作用引起的土體的模量軟化引起的。通過分析三軸試驗的結(jié)果，結(jié)合粉土在循環(huán)荷載過程中易液化的性質(zhì)，得出了粉土液化過程中模量逐步軟化的規(guī)律，建立了地震過程中土體單元的平衡微分方程，為循環(huán)荷載作用下飽和粉土的永久變形時程分析打下基矗2基于模量軟化的永久變形計算2.1割線模量的計算Serff提出的模量軟化法的基本點在于計算地震前和地震后的變形量之差[12]。模量軟化法示意圖如圖1所示，圖中pE為偽割線模量，pE=13p()/，13為偏應(yīng)力，p為一定循環(huán)次數(shù)下的應(yīng)變勢，也可以寫作a；s0E，stE分別為地震前、地震后的割線模量；0，t分別為地震前、地震后的應(yīng)變值。從圖1中可以看出，模量軟化法采取的彈性模量是割線模量。圖1模量軟化法示意圖Fig.1Sketchofmodulussofteningmethod(1)雙曲線模型的割線模量本文靜力本構(gòu)模型采取雙曲線模型，其割線模量的推導(dǎo)過程如下：雙曲線模型的公式為a13aab(1)可轉(zhuǎn)換為1313sa1[1b()]Ea(2)式中：a為軸向殘余應(yīng)變，sE為割線模量，a為初始切線模量的倒數(shù)，b為當(dāng)a時13的值。根據(jù)鄧肯 張模型參數(shù)的獲取方式，將a，b的值代入式(2)則可以得到割線模量的具體表達式：3f13saa3(1sin)()12sinnREKPP(3)式中：為內(nèi)摩擦角；K，n為試驗獲得參數(shù)；fR為破壞比；Pa為大氣壓力。因為本文研究的是粉砂土樣，黏聚力c=0。從式(3)中可以看出，雙曲線模型的割線模量計算公式與切線模量類似，差別只在于方括號項是否帶有平方。(2)?

沽鐖撲閌轎?f3c1sin1sin2sin2sinuk(4)式中：3為固結(jié)圍壓，ck為固結(jié)比。取3=600kPa，ck=1.5，fu=500kPa，通過計算得出sin=0.6。將上述數(shù)值代入式(3)，得出的割線模量的值在土樣破壞后會出現(xiàn)負值，顯然這是不合理的。這主要因為本文的破壞孔隙水壓力fu取值是其由急劇增加到趨于穩(wěn)定的臨界點，導(dǎo)致通過其計算出的破壞偏應(yīng)力13f()偏小，應(yīng)力水平偏大，從而令割線模量出現(xiàn)負值。因此，本文將小于0的割線模量修正取值為0，得到割線模量與殘余孔隙水壓力隨時間變化規(guī)律如圖2所示，從圖2中可以看出，割線模量在土樣未破壞之前，基本是呈線性衰減的。設(shè)圖2割線模量與殘余孔隙水壓力隨時間變化規(guī)律Fig.2Curvesofsecantmodulusandresidualporewaterpressurechangingwithtime破壞的時間為ft，，初始割線模量為s0E，則整個階段的割線模量可以表示為s0fsff1()0()tEttEttt＜≥(5)2.2永久變形的計算本文研究的為飽和粉砂，循環(huán)荷載過程中采取不排水的方法，因此試樣不會發(fā)生體積變形，永久變形即為永久剪切變形。軟化模量法是基于地震前和地震后的變形差[12](見圖1)，其最終形式為ps0st111EEE(6)并且有13afs0f()tttEtt≤(7)可以看出，如果通過傳統(tǒng)的軟化模量法以及鄧肯張模型的割線模量，只能得出土樣未破壞時永久變形的公式，且其形式為向下彎曲的雙曲線。通過動三軸試驗得出的飽和粉砂的永久變形典型曲線如圖3所示，圖中0為圍壓，0=600kPa；ck為固結(jié)比，ck=1.5；d0/(2)為動剪應(yīng)力比。其破壞之前的曲線近似為向上彎曲的雙曲線，破壞階段為直線，且兩者之間有一段過渡曲線。?
【作者單位】： 同濟大學(xué)地下建筑與工程系;南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所;
【基金】：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)項目(2012AA112510)
【分類號】：TU441

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李紅軍;遲世春;林皋;;基于模量逐步軟化的真擬靜力永久變形計算方法[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2008年01期

2 姜樸;徐亦敏;婁炎;;在周期荷載下砂土的孔隙壓力與殘余應(yīng)變[J];華東水利學(xué)院學(xué)報;1984年02期

3 劉漢龍;土體地震永久變形分析述評[J];水利水電科技進展;1995年04期

4 沈珠江;;砂土動力液化變形的有效應(yīng)力分析方法[J];水利水運科學(xué)研究;1982年04期

5 劉漢龍;;土動力學(xué)與土工抗震研究進展綜述[J];土木工程學(xué)報;2012年04期

6 周燕國,陳云敏,柯瀚;砂土液化勢剪切波速簡化判別法的改進[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2005年13期

7 凌賢長;唐亮;于恩慶;;可液化場地地震振動孔隙水壓力增長研究的大型振動臺試驗及其數(shù)值模擬[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報;2006年S2期

8 王志華;周恩全;陳國興;高洪梅;;循環(huán)荷載下飽和砂土固-液相變特征[J];巖土工程學(xué)報;2012年09期

【共引文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 曹繼東,陳正漢,王權(quán)民;軟粘土的共振柱試驗研究[J];四川建筑科學(xué)研究;2004年04期

2 江美英;駱亞生;王瑞瑞;郭鴻;;應(yīng)力路徑對飽和黃土孔壓的影響研究[J];地下空間與工程學(xué)報;2010年03期

3 孔亮;蘇強;王燕昌;彭仁;;慢速往復(fù)荷載下砂土的細觀力學(xué)與耗能機理探討[J];地下空間與工程學(xué)報;2012年02期

4 黃芮;張延軍;李洪巖;倪金;;遼河三角洲相沉積軟土動力特性試驗[J];吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版);2010年05期

5 閆春嶺;唐益群;王元東;李仁杰;;循環(huán)荷載下加固土體孔壓的模糊正交試驗分析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版);2011年03期

6 崔英明;劉家敏;;強震區(qū)橋臺滑移變位特性及趨勢研究[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年06期

7 汪金才;趙明階;陳衛(wèi);汪魁;;土石復(fù)合介質(zhì)動力特性試驗[J];重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

8 趙明華;曾廣冼;劉江波;;填石料的振動壓實變形特性及壓實機理試驗研究[J];鐵道科學(xué)與工程學(xué)報;2006年04期

9 吳海港;宰金珉;于旭;;有限層地基中單樁橫向地震反應(yīng)分析方法[J];常州工學(xué)院學(xué)報;2008年S1期

10 陳國興,謝君斐,韓煒,張克緒;土體地震反應(yīng)分析的簡化有效應(yīng)力法[J];地震工程與工程振動;1995年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 明宇;蔡新;郭興文;;面板堆石壩靜動力分析研究概述[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進展（2011年）[C];2011年

2 劉自成;廖小康;劉大兵;李國棟;;井塔變形分析及控制技術(shù)研究[A];2011年中國礦業(yè)科技大會論文集[C];2011年

3 高玉峰;張健;沈揚;;不同頻率波浪荷載作用下飽和粉土孔隙水壓力特性試驗研究[A];第一屆全國巖土本構(gòu)理論研討會論文集[C];2008年

4 張永興;陳林;陳建功;;地震作用下?lián)跬翂χ鲃油翂毫Ψ植寂c側(cè)壓力系數(shù)[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長第十一屆中國科協(xié)年會論文集（1）[C];2009年

5 彭宣茂;黃維;任奎;;深覆蓋砂層地基上攔河大壩抗震液化分析[A];現(xiàn)代水利水電工程抗震防災(zāi)研究與進展[C];2009年

6 白曉紅;;幾種特殊土地基的工程特性及地基處理——第16屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議特邀報告[A];第16屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅰ冊）[C];2007年

7 邱長林;閆s

本文編號：2549037