砂土液化本构模型试验研究.pdfVIP

第28卷 ，第6期 中 国 铁 道 科 学 V01．28 No．6 2007年 11月 CHINA RAILWAY SCIENCE November，2007 文章编号：1001-4632 (2007)06—0001—06 砂土液化本构模型的试验研究 王星华，王 建，周海林 (中南大学 4-木建筑学院，湖南 长沙 410075) 摘 要：针对饱和砂土在动力作用下液化既有计算模型存在的问题，在汉丁一顿伊维奇 (Handin-Drnevich) 模型基础上，根据瞬态极限平衡理论的基本假设，按照应力状态不能逾越破坏条件等基本原则 ，借鉴增量非线 性模型的计算思路 ，综合散粒体模型的优点，将整个振动液化过程划分成多个区域，并考虑液化过程中的剪胀 、 剪缩、刚度衰化和卸荷体缩等现象，推导出新的本构计算模型。该模型的参数少 ，且具有明确的物理意义，能 够量化。通过室内动三轴试验对模型进行了验证。对比分析试验结果与计算结果可知，两者在孔隙水压力、应 变发展初期是一致的，后期是有差异的；在应力路径方面两者的极限状态面几乎是一致的。因此，该模型可以 较为完善地反映砂土液化过程中出现的各种现象。 关键词 ：砂土液化；本构模型；模型验证；参数 中图分类号：P642．114；P642．116 文献标识码 ：A 关于饱和砂土在动力作用下的液化模型，在既 过程 中，这 4种状态按一定的规律交替出现，这种 有的研究中，已经形成了许多不同的计算模型。其 状态变化与有效应力的变化具有密切联系。因此， 中广义塑性模型 1【借助流动方向及塑性模量，因 在有效应力空间将存在着4个反映物态特征的4个 而公式较简洁，但所用的公式物理意义不强。散粒 特征区域，模型应尽量反映这 4个特征区域的变 介质模型3【]公式物理意义明确，与试验现象联系紧 化。同时，中砂或密砂在单调荷载或周期振动力作 密，但考虑的因素多，公式复杂。结构模型_4将宏 用下，会发生液化和应变软化，最终达到一个稳定 观与微观相结合，所得出的砂土本构模型比较合 的残余强度，如图1和图2的后阶段所示 。此时， 理，考虑了循环荷载作用下饱和砂土的应力、应 在不同的振动周期，砂土的孔隙水压幅值不再增 变、强度及破坏的相互关系，但公式的参数比较 加，应力路径相互重叠，但是应变幅值却以恒定的 多，计算复杂。本文在汉丁一顿伊维奇 (Handin- 速率不断增加，本文所采用的模型考虑了砂土的这 Drnevich)_5模型基础上，根据瞬态极限平衡理论 种性质。在进入稳定阶段后，残余孔隙水压力不再 的基本假设，借鉴增量非线性模型的计算思路，综 发展，说明砂土的体应变几乎是弹性的，轴向应变 合散粒体模型的优点，考虑液化过程中的剪胀、剪 的不断发展是剪切应变的结果。 缩等现象，推导出新的计算模型，使得计算简单， 并且很好地反映饱和砂土在动力作用下的液化过 程 。 1 瞬态极限平衡理论的基本假设 谢定义等人的瞬态极限平衡理论 。揭示了动荷 一 2 0 2 4 6 8 10 12 l4 l6 载作用下某一瞬时的饱和砂土状态，可视其静应力 振动次数 状态及孔压的发展而处于增荷剪缩、增荷剪胀、卸 图1 试验得到的液化时程曲线 荷回弹和反向剪缩等中的某一状态，在动荷载作用 收稿 日期：2007—03—12；修订 日期：200709—05 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 作者简介：王星华 (1957一)，男，湖南衡山人，教授，博士，