基于交变移动本构模型的粗粒土动力特性数值解析

粗粒土由于抗剪强度高、易压实、变形较小等优点被广泛应用于各类工程建设中。目前对于粗粒土动力特性的研究较少,理论滞后于工程应用。在工程设计中,通常将粗粒土划分为非液化土类,但在国内外多次强震调查中发现了严重液化的粗粒土,在一定的震动作用下,松散至中密的粗粒土也有可能发生液化。根据国内外地震中发生严重液化现象的粗粒土选取了研究土料的级配,在模型参数标定基础上,使用可描述土体交变移动和液化现象的交变移动(Cyclic-mobility)土体本构模型,探讨了试样端部与试验仪器之间的摩擦、重力场、动剪应力比、围压、动荷载频率等不同因素对饱和粗粒土动力特性的影响。研究表明:Cyclic-mobility土体本构模型能较好模拟粗粒土的应力、应变特性;端部约束条件和重力场将对粗粒土室内单元试验结果造成一定的影响;较低的围压或较高的动剪应力比作用下,试样的动应变幅值越大、内部应变不均匀现象越明显;频率较低时对应的试样内部体应变分布较为相似,高频率和高动剪应力比同时作用时会对试样造成较大的破坏。通过三轴试验研究土体不同位置单元的动力响应时,应注意应变传感器的布置方法,并对结果进行综合考虑和适当修正。

波浪-海床-结构物相互作用离心模型试验及数值模拟

针对波浪-海床-结构物相互作用这一海洋结构物设计中需考虑的重要问题,采用离心模型试验及数值分析模型两种手段进行研究。离心模型试验采用浙江大学自行研制的超重力造波试验装置及ZJU400土工离心机完成,观测到波浪作用下砂质海床内部孔压累积的渐进特性;所采用的数值分析模型基于Biot固结理论,结合可准确描述砂土液化前后力学行为的'交变移动'土体本构模型,可对波浪作用下海床与结构物相互作用及液化现象进行合理模拟。通过与离心模型试验的对比验证该数值模型的有效性,随后利用该模型针对海底埋置管道这一近海区域常见的海工结构物周围土体在波浪作用下的动力响应进行详细分析。结果表明:海底管道的存在会加快管顶及管侧的超静孔隙水压力累积,管道周围土体的弱化及超静孔隙水压力累积导致的额外上浮力两者的耦合作用是海底管道发生上浮的主要原因。