[工學(xué)]粘土的一個(gè)循環(huán)粘彈性-粘塑性本構(gòu)模型以及他在成層土液化分析中的應(yīng)用(已修改)
2025-08-29 01:32 本頁面
【正文】 （粘土砂土混層）地基土的液化分析5港島的地震動(dòng)放大特性6結(jié)論7附錄 參數(shù)m39。和C01的確定方法 為了確定粘土從低應(yīng)變～高應(yīng)變范圍內(nèi)的粘彈性，作者提出了一種粘彈性粘塑性本構(gòu)模型。首先通過對海洋沉積粘土循環(huán)三軸試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)值模擬得出的土體循環(huán)強(qiáng)度和變形特征確定了這一模型的正確性；然后在一個(gè)研究中間粘土層對可液化砂土層液化程度的液化分析中，使用本模型研究了有效應(yīng)力。 本文地震分析主要采用1995年阪神地震時(shí)前震、主震、余震的震動(dòng)效應(yīng)。沖積粘土不同的抗剪強(qiáng)度特性是港島比洛克島有更強(qiáng)液化勢的原因。本文介紹的模型，很好的描述了粘土在強(qiáng)震作用下的粘滯特性。由于粘土的粘彈性，地震時(shí)粘土層和上部液化砂層的加速度反應(yīng)都發(fā)生滯后。在主震和其后9天內(nèi)的余震中，近地表處的加速度反應(yīng)有所增大，這是由于此處的超空隙水壓力在震前和震后相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)有所增大造成的。使用這一模型，地震時(shí)，尤其是在主震后的一系列微震中，上層土體的加速度時(shí)程可以被計(jì)算出來。 在1964年新瀉地震后，提出了許多砂土的本構(gòu)模型；但是日本港口沿岸多為混合土層，研究粘土對砂土液化的影響很重要。Oka曾根據(jù)非線性運(yùn)動(dòng)硬化準(zhǔn)提出了一種彈性粘塑性模型，但是該模型無法考慮粘土在小應(yīng)變情況下的特性。由此，作者提出了一種可以考慮土體小應(yīng)變狀態(tài)的粘彈性粘塑性本構(gòu)模型。 現(xiàn)在，粘彈性模型已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于模擬聚合物、混凝土、金屬、土壤等許多材料中。線彈性模型，如馬克爾斯維爾模型、沃伊特模型、彈簧沃伊特三參數(shù)模型被用來分析粘彈性。已有學(xué)者證明彈簧沃伊特三參數(shù)模型中的彈簧可用來描述瞬時(shí)彈性，沃伊特單元來模擬滯后彈性。因此說粘彈性可模擬粘土小應(yīng)變時(shí)的特性；粘塑性可模擬粘土大應(yīng)變甚至破壞時(shí)的特性。 由此，作者根據(jù)非線性運(yùn)動(dòng)硬化準(zhǔn)則和三參數(shù)粘彈性理論，提出了一個(gè)粘彈性粘塑性模型。為了評(píng)價(jià)這個(gè)模型，作者通過對天然海洋沉積粘土循環(huán)三軸試驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)值模擬得出的土體循環(huán)強(qiáng)度和變形特征。然后再有限元分析軟件LIQCA2D中使用了該模型，對1995年阪神地震時(shí)兩個(gè)人工填島的液化情況進(jìn)行了數(shù)值模擬。 首先，簡單的介紹了彈性粘塑性模型的發(fā)展，然后詳細(xì)介紹了本文的循環(huán)粘彈性粘塑性模型 應(yīng)變率張量可以分解為粘彈性應(yīng)變率張量和粘塑性應(yīng)變率張量，其公式為下面討論粘彈性應(yīng)變速率張量表達(dá)式： 應(yīng)變速率張量可以表示為偏應(yīng)變速率張量和體應(yīng)變速率張量，在這里考慮體應(yīng)變速率張量為零，因此僅考慮偏應(yīng)變速率張量。 模型中提到了一個(gè)超固結(jié)邊界面 兩個(gè)靜態(tài)屈服函數(shù)： 非線性運(yùn)動(dòng)硬化參數(shù)的演化方程： 由于循環(huán)不排水荷載條件的變化，平均有效應(yīng)力的增加可以被忽略，第二個(gè)屈服函數(shù)可以被忽略，相關(guān)的參數(shù)可被忽略。 塑性勢函數(shù)與屈服函數(shù)類似 根據(jù)通用的粘塑性流動(dòng)規(guī)則，粘塑性應(yīng)變率張量和粘塑性體應(yīng)變率張量分別為： 參數(shù)m39。和C01的確定方法根據(jù)不用應(yīng)變率的單向加載試驗(yàn)得到，參見附錄A，C02可以通過循環(huán)加載時(shí)土體的剪脹性獲得。 粘彈性參數(shù)和粘塑性參數(shù)隨土體狀態(tài)的變化將會(huì)在以后的研究中進(jìn)行。
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