本文關(guān)鍵詞：原狀飽和黃土的各向異性邊界面模型

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【摘要】：黃土是指第四紀(jì)以來在干燥氣候和風(fēng)的作用下形成的沉積物,它是一種具有質(zhì)地均勻、大空隙、弱膠結(jié)和柱狀節(jié)理發(fā)育等性質(zhì)的特殊土。黃土的顆粒大小介于黏土與細(xì)砂之間,顆粒成分主要以粉粒為主,呈淺黃色或黃褐色。主要分布在我國(guó)甘肅、陜西、寧夏和山西等地區(qū),空間上有著面積廣、厚度大、地層完整和地貌類型復(fù)雜等特點(diǎn),為世界上黃土最為發(fā)育的地區(qū)。論文以試驗(yàn)和理論研究為主要目標(biāo),以各類土的動(dòng)割線模量、西安市東三環(huán)與地鐵三號(hào)線交匯處工程場(chǎng)地的原狀飽和黃土和寧夏固原六盤山機(jī)場(chǎng)東北處石碑村塬上的原狀黃土為研究對(duì)象。對(duì)土的動(dòng)割線模量和阻尼比之間的關(guān)系進(jìn)行了比較深入的研究。對(duì)原狀和重塑飽和黃土樣本在等向固結(jié)和K0固結(jié)條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)性特性試驗(yàn);同時(shí)對(duì)西安市東三環(huán)與地鐵三號(hào)線交匯處工程場(chǎng)地的原狀飽和黃土在K0偏壓固結(jié)模式下進(jìn)行排水、不排水條件下的力學(xué)特性試驗(yàn);對(duì)寧夏固原六盤山機(jī)場(chǎng)東北處石碑村塬上的原狀黃土進(jìn)行頻率為1Hz的循環(huán)荷載試驗(yàn)。根據(jù)本文建議使用的黃土結(jié)構(gòu)性和各向異性的概念,在各向同性廣義劍橋模型的基礎(chǔ)上構(gòu)造了一個(gè)考慮原狀飽和黃土結(jié)構(gòu)性和各向異性的單面型邊界面RSAMCC模型。利用模型對(duì)兩處原狀飽和黃土的結(jié)構(gòu)性、排水、不排水和循環(huán)三軸試驗(yàn)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和孔隙水壓力等內(nèi)容進(jìn)行了計(jì)算,論文的主要研究?jī)?nèi)容和成果有如下三個(gè)方面:(1)系統(tǒng)研究了動(dòng)割線彈性模量E或動(dòng)割線剪切模量G(因?yàn)閮烧咧g存在換算關(guān)系,本文不再嚴(yán)格區(qū)分,均使用G_(sec)表示,統(tǒng)稱為動(dòng)割線模量,除非特別聲明)和阻尼比λ的力學(xué)關(guān)系,在彈性階段土的彈性模量、切線彈性模量和割線彈性模量都是一樣的。動(dòng)割線模量G_(sec)是一種全量關(guān)系,它是描述巖土材料剛度的物理量,本文主要以G_(sec)來表達(dá)動(dòng)割線模量。而對(duì)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)下的λ是巖土材料在振動(dòng)過程中波動(dòng)能量耗散的度量,是結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性之一,是描述巖土材料膠結(jié)和致密程度的物理量。首先,利用眾多學(xué)者認(rèn)可的結(jié)論:動(dòng)割線模量的倒數(shù)1/G_(sec)和剪應(yīng)變?chǔ)弥g一般有較好的線性關(guān)系,使用線性回歸分析得到回歸直線的截距和斜率這兩個(gè)重要參數(shù)。其次,對(duì)擁有前面線性關(guān)系的G_(sec)再與阻尼比λ的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析,也發(fā)現(xiàn)G_(sec)和λ之間也有良好的線性規(guī)律,并且通過大量試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了G_(sec)和λ之間良好線性關(guān)系的可靠性,而先前的文獻(xiàn)顯示G_(sec)和λ的關(guān)系是非線性的,根據(jù)離心模型試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)G_(sec)比λ更為可靠,這種線性關(guān)系為選擇正確的G_(sec)提供了一種簡(jiǎn)單可行的方法。最后,通過這兩個(gè)重要參數(shù)來優(yōu)化H-D雙曲線模型,預(yù)測(cè)的G_(sec)和試驗(yàn)值誤差在12%以內(nèi)。預(yù)測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果更為接近,也為評(píng)價(jià)工程場(chǎng)地的地震安全性提供計(jì)算依據(jù)。(2)以臨界狀態(tài)土力學(xué)和各向同性廣義劍橋模型為基本研究框架,對(duì)巖土塑性力學(xué)的基本試驗(yàn)和理論進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。主要以前面介紹的原狀飽和黃土為研究對(duì)象,在廣義劍橋模型的基礎(chǔ)上增加結(jié)構(gòu)性和各向異性參數(shù)構(gòu)造了一個(gè)新的邊界面模型RSA-MCC。邊界面用來表征土體在應(yīng)力歷史下的先期固結(jié)程度,構(gòu)造的單面型RSA-MCC模型沒有屈服面的概念。原狀飽和黃土使用了三個(gè)硬化參量,它們分別是固結(jié)壓力、結(jié)構(gòu)性參量和各向異性參量,其中:結(jié)構(gòu)性參量使用Rouainia等(2000)提出的方法,而各向異性參量選擇Dafalias(2013)建議的旋轉(zhuǎn)硬化參量。RSA-MCC模型的映射中心在初始加載過程中取為應(yīng)力原點(diǎn),而在復(fù)雜應(yīng)力條件下進(jìn)行卸載和反向加載時(shí)本文借鑒前人的研究成果將映射中心移動(dòng)到卸載應(yīng)力點(diǎn)處�？偟乃苄阅Ａ坑蛇吔缑嫣幍乃苄阅Ａ亢驼鎸�(shí)應(yīng)力與虛應(yīng)力之間的模量插值函數(shù)構(gòu)成,使得塑性模量在邊界面內(nèi)能夠連續(xù)變化,而土的塑性應(yīng)變和硬化或軟化也在邊界面內(nèi)隨著應(yīng)力狀態(tài)的不同而連續(xù)變化。(3)論文對(duì)西安市東三環(huán)與地鐵三號(hào)線交匯處工程場(chǎng)地的原狀飽和黃土進(jìn)行了等壓固結(jié)、K0偏壓固結(jié)模式下的結(jié)構(gòu)性試驗(yàn)和模擬;對(duì)K0偏壓固結(jié)模式下的排水和不排水剪切試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。對(duì)寧夏固原六盤山機(jī)場(chǎng)東北處石碑村塬上的原狀黃土飽和固結(jié)后再進(jìn)行雙向循環(huán)剪切荷載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值研究。結(jié)果顯示:新構(gòu)建的RSA-MCC模型在考慮了結(jié)構(gòu)性和各向異性時(shí)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果均有較好的模擬。總之,RSA-MCC模型對(duì)原狀飽和黃土的靜力和動(dòng)力特性有較好的模擬能力。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU444

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