適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性模型及應(yīng)用.pdf

1、適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性模型及應(yīng)用模型及應(yīng)用AnisotropicBoundingsurfacePlasticityModelfCyclicBehavisofSaturatedClayItsApplication一級學(xué)科：水利工程學(xué)科專業(yè)：港口、海岸及近海工程研究生：胡存指導(dǎo)教師：劉海笑教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一二年十一月摘要嵌入式海洋結(jié)構(gòu)諸如樁基、吸力錨、桶型基礎(chǔ)以及拖曳錨等，往

2、往處于極其復(fù)雜和惡劣的海洋環(huán)境條件，通常需深嵌于海床土以提供承載性能。因此，該類結(jié)構(gòu)及其周圍的海洋土體將直接或間接地承受由風(fēng)、浪、流等導(dǎo)致的長期、持續(xù)、低頻循環(huán)載荷的作用。海洋土尤其是海洋軟土的非線性動力特性在循環(huán)載荷下將發(fā)生一系列演變，進(jìn)而會引起嵌入式海洋結(jié)構(gòu)循環(huán)承載性能的巨大變化。鑒于此，本文建立了適用于該類結(jié)構(gòu)循環(huán)承載力評估的數(shù)值分析模型。首先，基于臨界狀態(tài)理論建立了能合理反映飽和黏土循環(huán)穩(wěn)定和循環(huán)退化動力特性的無彈性域邊界面塑性

3、模型。以應(yīng)力反向點(diǎn)作為邊界面的廣義各向同性硬化中心，提出了廣義各向同性硬化準(zhǔn)則。低應(yīng)力水平下，邊界面隨著廣義各向同性硬化中心的運(yùn)動在應(yīng)力空間中達(dá)到循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)；高應(yīng)力水平下，引入與塑性偏應(yīng)變有關(guān)的損傷變量實(shí)現(xiàn)邊界面的收縮，以模擬土體循環(huán)剛度和強(qiáng)度的退化。該模型包含兩類參數(shù)，即臨界狀態(tài)參數(shù)和塑性模量形函數(shù)參數(shù)，均具有明確的物理意義。對于單調(diào)加載事件的模擬，僅需要臨界狀態(tài)參數(shù)；對于循環(huán)加載事件的計(jì)算，需由常規(guī)室內(nèi)試驗(yàn)測定動剪切模量和阻尼比，

4、進(jìn)而確定形函數(shù)參數(shù)。結(jié)合大量的國內(nèi)外試驗(yàn)，對邊界面模型進(jìn)行考察，涉及的因素包括土質(zhì)、固結(jié)水平、應(yīng)力水平、加載方式（單向、雙向循環(huán)，應(yīng)力和應(yīng)變控制）以及超固結(jié)比等，結(jié)果表明，該模型對等壓固結(jié)飽和黏土的循環(huán)穩(wěn)定和循環(huán)退化特性均能較為合理地反映。其次，通過分離土體初始各向異性和后繼各向異性在本構(gòu)模型中的描述，即土體初始各向異性由邊界面的初始旋轉(zhuǎn)模擬，而后繼應(yīng)力誘發(fā)各向異性由廣義各向同性硬化準(zhǔn)則中的運(yùn)動硬化部分確定，克服了原模型無法反映土體初始

5、各向異性的缺陷；設(shè)計(jì)一系列簡單加載、復(fù)雜加載的靜、動力數(shù)值試驗(yàn)，并與解析解和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了該種分離初始和后繼各向異性描述做法的合理性；在不增加模型參數(shù)及復(fù)雜性的前提下，實(shí)現(xiàn)了等向硬化、運(yùn)動硬化和旋轉(zhuǎn)硬化準(zhǔn)則功能的結(jié)合；分別基于廣義Mises準(zhǔn)則三維化方法和SMP準(zhǔn)則變換應(yīng)力法將該模型推廣至三維應(yīng)力空間，首次實(shí)現(xiàn)了SMP變換應(yīng)力法在循環(huán)動力邊界面塑性模型中的應(yīng)用；對比分析了兩種三維化方法在邊界面模型中的應(yīng)用性能。彌補(bǔ)了目前國際