Davidenkov模型对海域软土的适用性研究

对渤海海域软土开展了大量应力控制振动三轴试验,在测定土样动剪切模量比与阻尼比的基础上,通过统计分析获得了海域软土动剪切模量比G/Gmax与阻尼比λ随动剪应变γ变化的平均曲线。开展了Davidenkov模型对海域软土的适用性研究,并引入Hardin-Drnevich模型进行对比分析。结果表明,Davidenkov模型比Hardin-Drnevich模型更适用于海域软土,它能更理想地拟合海域软土G/Gmax–γ曲线,但利用Davidenkov模型结合Masing法则得到的理论阻尼比与实测阻尼比仍有一定差别,工程实际中可根据推荐公式估计海域软土阻尼比。

二维饱和沉积盆地地震动响应非线性分析

沉积盆地对地震动具有明显的放大效应。利用ABAQUS软件及二次开发平台,编写了基于Davidenkov骨架曲线的VUMAT子程序,对饱和沉积盆地进行了非线性反应模拟。建立不同基岩面坡度的二维T型沉积盆地,输入4条不同频谱特性及幅值的近断层地震波,研究不同盆地基岩面坡度、饱和介质特性、地震波强度等因素对沉积盆地非线性反应规律的影响。研究结果表明,地震波作用可造成饱和沉积盆地发生局部液化,地震波强度越大,液化区分布范围越广,地表处出现了永久塑性变形;地震波强度的增大导致地表土层发生液化的时间提前,且下层土的液化会减弱地震波的传播速度,导致上层地表土发生液化的时间延后;盆地内地表最不利位置随着基岩面坡度的增大逐渐向中心处移动,不同工况下速度峰值放大系数为1.18~3.33。

Davidenkov模型在FLAC^(3D)中的开发及验证

基于FLAC3D提供的二次开发平台,实现了Davidenkov模型的二次开发。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,可为其他用户进行本构模型的修改提供借鉴与参考。将模型土加速度放大系数及动剪切模量与动剪应变关系曲线的计算结果与上海典型软土地铁车站结构振动台模型试验实测结果进行对比,检验了模型的正确性。同时模型的成功开发可为软土地区建筑结构的抗震设计提供一种适用的本构模型。

Davidenkov土动力非线性模型在OpenSees软件中的实现与应用

在地下空间被大规模开发的过程中,地下结构抗震问题逐渐得到重视,由于地下结构的特殊性,对于地下结构周围地基土动力性质的研究显得尤为重要。土在动荷载作用下会出现非线性、滞后性和变形累积性等力学特性,骨架曲线可以通过实测资料采用函数进行拟合的方式确定。本文以武汉地区软土为研究对象,通过共振柱试验得到不同围压下剪应变和剪切模量的关系,并拟合出Davidenkov模型中的参数。以Open Sees地震工程模拟开放体系为平台进行二次开发,编制Davidenkov模型材料子程序,并对该黏土在地震作用下的动力响应进行了分析,同时对比试验结果验证了程序的可靠性。

基于Davidenkov骨架曲线模型的修正不规则加卸载准则与等效剪应变算法及其验证

非等幅循环荷载作用下,采用"扩展Masing"法则修正应力–应变滞回曲线时,程序的实现过程中需要预留大量的状态变量。针对该问题,提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替"扩展Masing"法则中的"上大圈"准则。通过等效剪应变算法的比选,给出了加卸载判据简单且精度更高的等效剪应变算法。基于ABAQUS软件的显式模块,开发了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型的显式子程序模块,适用于大规模二维和三维场地非线性地震效应分析。选取Mississippi湾500 m深的钻孔作为计算模型,通过与一维场地非线性地震效应分析专业程序Deepsoil计算得到的输入不同强度地震动下的地表峰值加速度、PGA=0.65g的场地地震反应的对比分析,佐证了提出的Davidenkov本构模型不规则加卸载准则与等效剪应变算法的合理性。

盾构区间隧道衬砌结构的抗震计算

在广泛总结分析国内外关于地下工程结构抗震设计文献的基础上 ,从多自由度体系的动力平衡微分方程出发 ,采用时程分析法 ,计算盾构区间隧道衬砌结构的地震反应 .详细论述了近几年来逐步成熟和完善的一种数值积分方法———连续介质快速拉格朗日差分法 .讨论了土体材料的动力特性 .建立了盾构区间隧道抗震设计方法 ,并将其运用到广州地铁二号线赤岗—客村区间隧道的抗震设计中 .

上海地区土动剪切模量比和阻尼比的统计研究

按照上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DG J08-37-2002)根据土性的差异对上海滨海平原地区划分的标准层,对收集的上海地区大量的共振柱试验和动三轴试验结果进行分类统计,并采用Davidenkov模型进行拟合。由于统计样本数量较多、样本分布范围较广且同时统计了共振柱试验结果和动三轴试验结果,给出的结果在上海地区具有一定的适用性和可靠性。

低幅值小应变振动下土体弹性刚度的非线性特征与表述方法

随着高速铁路建设的兴起,轨道以及沿线附近建筑物承受低幅值小应变振动荷载的作用。对于小应变振动下土体的有限元计算,如何确定连接应力和应变之间纽带的刚度张量E,对于建立合理的预测模型来分析高速铁路轨道以及沿线建筑物的沉降变形至关重要。低幅值小应变振动下剪切模量G和阻尼比D随剪应变幅值的变化是反映土体刚度及阻尼特征最重要的两个参数。通过共振柱试验发现,振动荷载作用下土体的剪切模量G必须通过振动应变幅值和固结围压共同来确定,即使在小应变(剪应变幅值10-6<<10-4)振动下,也会表现出明显的非线性特征。Davidenkov模型是在双曲线模型基础上为了更好地拟合剪切模量曲线G/G max-和阻尼比曲线D-的试验结果而提出的,不足之处在于Davidenkov模型的拟合参数过多,关键参数γ0的取值没有明确的物理方法。对于低幅值小应变振动情形,为了简便起见,忽略大应变振动情形下由于循环效应和速率效应引起的强度变化,在Mohr-Coulomb破坏准则的基础上,通过引入由给定应力状态下的静抗剪强度τf与最大剪切模量G max的比值来确定的参考剪应变ref来代替Davidenkov模型中的拟合参数0,尝试提出简化的两参数Davidenkov模型,并通过共(自)振柱试验验证了该方法对计算低幅值小应变振动情形下剪切模量和阻尼比的可行性。

考虑土骨架非线性的饱和土-结构相互作用分析

强地震作用下,饱和土体将进入非线性,有必要考虑非线性饱和土的地震响应以及非线性饱和土-结构相互作用问题。本文采用Biot饱和多孔介质模型,基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov模型来描述近场区域内饱和土骨架的非线性特性,并采用集中质量显式有限元方法进行分析;远场区介质假定为线弹性饱和多孔介质,通过多次透射人工边界进行模拟;结构采用Newmark隐式时步积分方法进行分析。通过自编程序实现了非线性饱和土体的地震反应分析以及非线性饱和土-基础-结构相互作用分析。通过算例,对比分析了土体非线性对饱和土体、基础和结构反应的影响。

某尾矿库坝基粉砂动力特性试验

通过对某尾矿库坝基粉砂进行共振柱和动三轴试验,得到动力特性参数的归一化曲线。分析变形特性与强度特性得到粉砂动力参数的变化规律。由动三轴试验得到不同固结比和固结压力下粉砂动强度、动孔压比与振次的关系,发现动强度与破坏振次间符合乘幂关系,可用幂函数来拟合;动孔压比与振次的关系可用指数函数进行拟合。采用Hardin-Drnevich双曲线模型与Davidenkov模型对动剪切模量比进行拟合,试验分析结果表明,随着围压的增加,两种模型的拟合效果均有所改善。同一围压下,Davidenkov模型拟合效果优于Hardin-Drnevich双曲线模型。

渤海海域软表层土的动力特性

为深入研究渤海海域软表层土的动力特性,在渤海海域多个钻孔钻探取样的基础上,研究了其软表层土的工程物理性质。利用振动三轴试验仪进行了一系列不排水动力试验,分析了渤海软表层土在动荷载作用下的动剪切模量比、阻尼比变化特征,并与陆域同等埋深软弱土进行了对比。利用Hardin-Drnevich模型、Davidenkov模型等开展了软土非线性动力本构关系研究。研究结果表明:在类似埋深条件下的陆域软弱土与海域软表层土动力特性有明显差异;Davidenkov模型对陆域与海域软弱土动剪切模量比曲线的拟合效果优于Hardin-Drnevich模型。

郑州饱和粉土动剪切模量的试验研究

土的动剪切模量是土动力特性非常重要的参数,动剪切模量与剪应变的关系是研究土动力特性规律的必不可少的内容之一。动剪切模量和动剪应变的关系模型可以用来描述土的动应力-动应变关系。试验选取郑州市粉土作为试验土样,并制备重塑土样,在不排水条件下使用GDS共振柱仪对饱和粉土进行动力试验,测得土样在10-6~10-3小应变范围内的动剪切模量与动剪应变。进而选用H-D模型和Davidenkov模型,对试验数据进行拟合回归分析,结果表明,Davidenkov模型能更好地描述郑州饱和粉土的动剪切模量比（G/Gmax）与动剪应变（γ）的关系。该研究可为粉土动力模型的选取和地震分析提供一定的参考依据。

考虑群效应的土–建筑群动力相互作用参数分析

随着城镇化的快速发展,大量密集的建筑群体在各大城市和小城镇中不断涌现。土与建筑群的动力相互作用不同于单个结构与土的动力相互作用,研究土与建筑群动力相互作用对上部结构响应的影响规律,使研究结果能够用于考虑群效应的上部结构抗震设计。提出土与建筑群动力相互作用的群效应概念,并在已完成的土与建筑群动力相互作用振动台试验基础上,采用有限元方法研究群效应对结构动力响应的影响规律。此有限元模型采用了Davidenkov地基模型模拟土体的动力非线性特性。采用试验数据验证此有限元模型,开展了土与建筑群动力相互作用的群效应分析,研究土体特性、建筑物净距和建筑物数量对群相互作用的影响。最后,针对位移的响应规律,进行了土与建筑群动力相互作用的群效应机理分析。全面总结了土与建筑群动力相互作用的群效应规律和参数影响,结果如下:在地震作用下,建筑群中结构位置不同反应不同,表现出动力相互作用的群效应。与单个结构相比,群相互作用使得结构的加速度减少,速度则有时增大、有时减小,与输入的地震波特性和结构位置相关。而中间建筑位移反应减少,沿振动方向结构的位移增大,建筑群中远离中间建筑的周边建筑位移反应最大。位移的群效应影响系数的绝对最大值达到770.794%。建筑群数量是影响群效应的最显著的因素。土–建筑群动力相互作用随着结构间距的增大,影响不断减弱,当建筑物净距大于建筑物基础平面尺寸的1.32倍时,群效应相对较弱。由以上结果可知,土与建筑群动力相互作用对上部结构动力响应影响较大,在上部结构抗震设计时,不能忽略土与建筑群动力相互作用的群效应。

动力设备基础非线性主共振分析

建立动力设备基础的弱非线性动力学模型.在模型中对系统由地角螺栓松动产生的恢复力用Davidenkov模型来近似替代.利用平均法对系统的动力学方程进行解析分析,求得系统的周期解,并发现Davidenkov模型系统参数对频幅曲线的影响,从而得到地脚螺栓松动对动力设备基础振动的影响因素.

基于等效黏弹性模型获取土体最大动剪模量的计算方法

土动力特性参数中,最大动剪切模量Gmax是定量描述土动力学本构最重要的参量之一,现有研究方法通常需较多参量及工程经验方能对其进行半定量的计算,但天然状态条件下土体的Gmax真值是唯一且确定的。为此,结合对土体动力学特性广泛适用性的基于等效黏弹性理论的修正Davidenkov模型,基于土动三轴试验,提出对该模型中的3个参量多元回归和对Gmax自适应逼近迭代的反分析算法,用于求取Gmax并得到本构方程中所需系数。研究表明:该算法在同时满足Davidenkov模型曲线三参数对测试数据拟合以及反算Gmax残差最小的双重计算约束条件下,对3类土样的动三轴测试数据进行拟合,在规避直接获取Gmax存在困难的情况下,顺利得到各测试样本的动本构模型。

宁波深厚软土动力特性研究及其地震响应分析

利用Davidenkov模型对宁波深厚软土地区土动力试验数据进行拟合分析,确定相关拟合参数,结果表明该模型能较好地描述软土的动剪切模量和动阻尼比随动剪应变的变化规律。然后,基于等价线性化方法以及ANSYS软件的APDL语言进行简单的二次开发,编写Davidenkov模型计算程序,并利用经典的SHAKE软件进行验证,结果表明该程序计算结果很好,能解决目前商业软件中缺乏合适的土体非线性动力本构模型的不足。最后,利用开发的模型计算分析宁波深厚软土的地震响应规律,并与规范推荐的简化计算公式进行比较分析,结果表明规范推荐的公式得到的土体响应偏大,对于地下结构的抗震设计偏于保守。研究成果对确定深厚软土地区土体动力特性及其地震响应研究提供了合理的计算方法。

地震作用下常德地区民建路综合管廊抗震数值分析

文章以湖南省常德市经济开发区政德路、民建路综合管廊建设项目设计采购施工总承包(EPC)为依托,通过ABAQUS有限元模型建立了综合管廊三维有限元模型,土体本构采用修正的Davidenkov骨架曲线描述的应力-应变滞回曲线,边界采用远置边界,分析了地震作用下综合管廊的位移响应及应力响应情况。在地震动的作用下,土体在竖直方向上的沉降具有一定的不均匀性,且管廊为典型长直结构,这使得管廊在纵轴线方向易出现弯曲变形。结合米塞斯应力云图,认为管廊位移差较大的部位,其所受应力也较大。

基于修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法及其验证

提出了Davidenkov本构模型的不规则加卸载修正准则,以代替扩展Masing法则中的"上大圈"准则,并通过南京细砂原状土样的共振柱试验,提出了考虑初始有效围压对初始剪切模量和参考剪应变的修正公式.利用ABAQUS显式开发模块,实现了基于不规则加卸载准则的修正Davidenkov本构模型与Byrne孔压增量模型的有效应力算法.对饱和南京细砂进行排水循环三轴试验,给出了南京细砂的Byrne孔压增量模型参数;对饱和南京细砂进行了不排水循环三轴试验和三维数值仿真的比较研究,发现该子程序能够较好地模拟南京细砂的振动孔压发展过程,合理地反映土体的液化特性,从而验证了本文提出的有效应力算法的合理性.

软土动剪切模量与微观孔隙结构试验研究

为了从土体微观结构的角度定量地研究动剪切模量的性质和变化,利用共振柱试验,并借助电子显微镜及微观孔隙结构分析手段,对粤东重塑软黏土动剪切模量随动剪应变衰减规律与宏微观条件下土颗粒孔隙特性的关系进行分析。根据基于Davidenkov三参数模型的非线性回归分析和微观孔隙结构的参数计算分析,得到随固结应力增加,最大动剪切模量增大,连续介质中机械波波速增强;土体的宏观孔隙比降低;孔隙的层次增加,孔隙周长–面积分形维度值增加;孔隙的均一化程度增加,孔隙分形维度值减小。研究表明,Davidenkov模型中的初始参数、范围参数及速率参数与微观孔隙结构参数存在对应关系,为软黏土动力特性与微观结构关系的理论研究提供依据。