原状饱和黄土的各向异性边界面模型

发布时间：2017-12-15 11:10

  本文关键词：原状饱和黄土的各向异性边界面模型

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【摘要】：黄土是指第四纪以来在干燥气候和风的作用下形成的沉积物,它是一种具有质地均匀、大空隙、弱胶结和柱状节理发育等性质的特殊土。黄土的颗粒大小介于黏土与细砂之间,颗粒成分主要以粉粒为主,呈浅黄色或黄褐色。主要分布在我国甘肃、陕西、宁夏和山西等地区,空间上有着面积广、厚度大、地层完整和地貌类型复杂等特点,为世界上黄土最为发育的地区。论文以试验和理论研究为主要目标,以各类土的动割线模量、西安市东三环与地铁三号线交汇处工程场地的原状饱和黄土和宁夏固原六盘山机场东北处石碑村塬上的原状黄土为研究对象。对土的动割线模量和阻尼比之间的关系进行了比较深入的研究。对原状和重塑饱和黄土样本在等向固结和K0固结条件下进行结构性特性试验;同时对西安市东三环与地铁三号线交汇处工程场地的原状饱和黄土在K0偏压固结模式下进行排水、不排水条件下的力学特性试验;对宁夏固原六盘山机场东北处石碑村塬上的原状黄土进行频率为1Hz的循环荷载试验。根据本文建议使用的黄土结构性和各向异性的概念,在各向同性广义剑桥模型的基础上构造了一个考虑原状饱和黄土结构性和各向异性的单面型边界面RSAMCC模型。利用模型对两处原状饱和黄土的结构性、排水、不排水和循环三轴试验下的应力应变关系和孔隙水压力等内容进行了计算,论文的主要研究内容和成果有如下三个方面:(1)系统研究了动割线弹性模量E或动割线剪切模量G(因为两者之间存在换算关系,本文不再严格区分,均使用G_(sec)表示,统称为动割线模量,除非特别声明)和阻尼比λ的力学关系,在弹性阶段土的弹性模量、切线弹性模量和割线弹性模量都是一样的。动割线模量G_(sec)是一种全量关系,它是描述岩土材料刚度的物理量,本文主要以G_(sec)来表达动割线模量。而对应应力状态下的λ是岩土材料在振动过程中波动能量耗散的度量,是结构的动力特性之一,是描述岩土材料胶结和致密程度的物理量。首先,利用众多学者认可的结论:动割线模量的倒数1/G_(sec)和剪应变γ之间一般有较好的线性关系,使用线性回归分析得到回归直线的截距和斜率这两个重要参数。其次,对拥有前面线性关系的G_(sec)再与阻尼比λ的试验结果进行线性回归分析,也发现G_(sec)和λ之间也有良好的线性规律,并且通过大量试验结果证实了G_(sec)和λ之间良好线性关系的可靠性,而先前的文献显示G_(sec)和λ的关系是非线性的,根据离心模型试验结果证实G_(sec)比λ更为可靠,这种线性关系为选择正确的G_(sec)提供了一种简单可行的方法。最后,通过这两个重要参数来优化H-D双曲线模型,预测的G_(sec)和试验值误差在12%以内。预测和试验结果更为接近,也为评价工程场地的地震安全性提供计算依据。(2)以临界状态土力学和各向同性广义剑桥模型为基本研究框架,对岩土塑性力学的基本试验和理论进行了较为详细的介绍。主要以前面介绍的原状饱和黄土为研究对象,在广义剑桥模型的基础上增加结构性和各向异性参数构造了一个新的边界面模型RSA-MCC。边界面用来表征土体在应力历史下的先期固结程度,构造的单面型RSA-MCC模型没有屈服面的概念。原状饱和黄土使用了三个硬化参量,它们分别是固结压力、结构性参量和各向异性参量,其中:结构性参量使用Rouainia等(2000)提出的方法,而各向异性参量选择Dafalias(2013)建议的旋转硬化参量。RSA-MCC模型的映射中心在初始加载过程中取为应力原点,而在复杂应力条件下进行卸载和反向加载时本文借鉴前人的研究成果将映射中心移动到卸载应力点处。总的塑性模量由边界面处的塑性模量和真实应力与虚应力之间的模量插值函数构成,使得塑性模量在边界面内能够连续变化,而土的塑性应变和硬化或软化也在边界面内随着应力状态的不同而连续变化。(3)论文对西安市东三环与地铁三号线交汇处工程场地的原状饱和黄土进行了等压固结、K0偏压固结模式下的结构性试验和模拟;对K0偏压固结模式下的排水和不排水剪切试验进行了数值模拟。对宁夏固原六盘山机场东北处石碑村塬上的原状黄土饱和固结后再进行双向循环剪切荷载试验结果进行了数值研究。结果显示:新构建的RSA-MCC模型在考虑了结构性和各向异性时对试验结果均有较好的模拟。总之,RSA-MCC模型对原状饱和黄土的静力和动力特性有较好的模拟能力。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU444

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本文编号：1291725