基于弹塑性边界面理论的饱和粘土动本构关系研究

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很多海洋工程结构,如桩基础、吸力锚及以及大直径筒形基础等,需建在海底饱和粘土地基上。地基不仅承受结构物自身重量引起的静荷载作用,还受地震、风浪等循环荷载作用。在极端恶劣的海洋环境条件下,评价海洋工程结构地基的稳定性极其重要。为此,针对循环荷载作用下饱和粘土的动本构关系进行了研究。
  该文依据边界面理论,基于已有研究,建立适用于描述循环荷载作用下饱和粘土应力应变响应的增量弹塑性本构模型,并结合广义Misses准则将该模型推广至三维应力空间。模型包括边界面方程、非等向硬化准则、映射中心可移动的径向映射法则、相关联流动法则及增量弹塑性应力应变关系。该模型在边界面等向硬化关系中引入了考虑加载速率的参数,描述加载速率对循环应力应变响应的影响;采用考虑粘聚力影响的破坏线,反映固结产生的粘聚力对粘土破坏的影响。
  结合饱和粘土固结不排水静三轴试验和循环三轴试验,详细介绍了模型参数的标定方法。鉴于以往边界面模型将所有模型参数标定为常数,难以定量描述不同应力水平下土体循环应力应变响应,重点分析了随应力水平发生变化的模型参数的变化规律,进而建立了模型参数随静应力比、循环应力比的变化关系。
  采用本文建立的边界面模型及标定的模型参数,对饱和粘土k0固结不排水静力以及循环三轴试验结果进行了预测,结果表明,模型能够预测不同围压的静三轴压缩试验应力应变响应和孔压响应;对于不同静应力和循环应力共同作用下的循环三轴试验应力应变响应和累积应变响应,预测结果与试验结果相比,有较好的一致性。
  为了进一步验证所建立的模型以及依据三轴试验结果标定的模型参数对预测不同应力状态土单元循环应力应变响应的适用性,又开展了静扭剪试验以及不同应力路径、不同应力水平的循环扭剪试验。进而对扭剪试验结果进行了模型预测,通过预测结果与试验结果的对比表明,利用文中建立的本构模型以及基于三轴试验确定的模型参数,能够很好地预测静扭剪试验环向和轴向应力应变响应,较好地预测复杂应力路径情况的循环扭剪试验轴向和环向应力应变响应。
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