循环荷载下饱和南京细砂的孔压增量模型

等幅循环荷载的不排水三轴试验的结果表明,饱和南京细砂孔压比曲线的形状随循环周数比增大而发生规律性的变化。引入孔压增量比的概念,并定义有效动剪应力比和有效应力对数衰减率,发现孔压增量比的发展过程可分为下降段、平稳段和上升段;在平稳段和上升段,孔压增量比的累积量与有效动剪应力比的自然对数具有很好的线性关系,并推导出第N周的孔压增量比与第N-1周的有效应力比对数衰减率成正比,而与动应力幅值无关。据此建立的饱和南京细砂孔压增量模型,能够较好地描述等幅循环荷载作用引起的孔压比随循环周数的增大而增长的发展趋势。

振动孔压增量模型在ABAQUS软件中的实现

将依据动三轴试验建立的饱和南京细砂孔压增量模型三维化,嵌入到基于ABAQUS软件开发的修正的Davidenkov黏弹性本构模型模块中,以外挂FORTRAN子程序的方式,完成三维振动孔压增量模型在ABAQUS软件中的二次开发。对简单应力状态和复杂应力状态下的可液化地基进行数值模拟,初步验证该外挂子程序的有效应力分析能力及可靠性,表明该子程序能够较好地模拟液化场地的振动孔压发展过程,能合理地反映场地的地震液化特性和有效应力变化规律,预测场地的地震液化趋势。

饱和南京细砂孔压增量模型的普适性研究

循环荷载作用下饱和砂土的孔压增长规律是土动力学的核心内容之一。基于笔者在给定相对密度、均等固结条件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验结果建立的孔压增量模型,进一步进行了不同相对密度、不同固结比务件下饱和南京细砂的不排水等幅循环三轴试验,将上述均等固结的孔压增量模型拓展为适用于不同相对密度、均等和非均等固结条件的孔压增量模型。采用拓展后的孔压增量模型对试验结果进行分析的结果表明:通过该孔压增量模型预测验证试验的孔压与验证试验测试的孔压具有较好的一致性,说明该孔压增量模型具有普适性。

剪切-体积应变耦合的孔压增量模型试验

以南京细砂为对象,通过共振柱试验及应变控制的排水/不排水分级和单级加载循环三轴试验的系统性研究,建立了能够描述饱和砂土孔压增长规律的新模型。该模型遵循Martin和Byrne提出的基本理论框架,孔压的增长是由循环剪切作用下体积改变所引起的。提出的孔压模型属于应变控制的孔压增量模型。基于排水循环单级加载试验,通过引入体积门槛剪应变γ_(tv)的概念,以具有代表性的15周体应变(ξ_(vd))15为基准点,归准化体应变发展与循环剪应变之间的关系,建立了三参数的体应变增量模型及其参数标定方法。基于排水和不排水循环单级加载试验结果,揭示了体应变与孔压比之间的内在联系,进而导出回弹模量表达式。通过耦合新的体应变增量模型及回弹模量公式,建立了新的剪应变-体应变耦合的孔压增量模型。验证性试验表明,新的孔压增量模型的预测值与试验结果的吻合度较高。

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.

一维场地地震反应非线性有效应力分析法及其验证

液化所致的土体软化会影响地震运动规律,需进行有效应力分析以确定可液化场地的设计地震动参数。本文提出一种弱耦合形式的场地反应有效应力分析法。此方法将土的非线性滞回模型与剪切–体积应变耦合的孔压增量模型相结合,建立了循环加载过程中循环刚度退化与超静孔隙水压力增长的耦合关系;基于ABAQUS显式求解器开发了相应的材料子程序。该方法被用于模拟日本强震台阵非液化和液化场地的地震反应分析,在不同深度的水平地震动模拟和记录之间显示出很好的一致性:计算与记录的非液化场地井下台阵的地表峰值加速度仅相差2.6%(弱震)和11.8%(中强震);计算与记录的液化场地井下台阵在设置强地震仪深度处的土层峰值加速度的差异均在5%以内,且计算与记录的非液化和液化场地的谱加速度曲线吻合度较好。对比专业软件DEEPSOIL V6.0计算的强震台阵液化场地地震反应的结果,本文方法能更好地模拟高频地震波在多层液化土层中的传播以及液化土层的非线性放大与滤波效应。

基于Matasovic骨架曲线的有效应力方法在ABAQUS软件中的实现

将描述土体液化特性的Byrne简化的Martin-Finn振动孔压增量模型与修正Matasovic黏弹性本构模型相结合,以外挂子程序的形式,嵌入到ABAQUS软件中,实现了可液化地基孔压增长过程的数值模拟。以简单应力状态下的可液化地基为例,初步验证了该子程序的动力有效应力分析能力;对某液化场地进行了二维非线性的总应力法和有效应力法对比分析,给出了地表加速度和地表加速度反应谱的对比结果,同时给出了代表性单元的剪应变时程曲线。结果表明,该子程序能够较好地模拟液化场地的振动孔压发展过程,预测场地的地震液化趋势。