浅论单、双向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究

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1、浙江大学建筑工程学院博士学位论文单、双向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究姓名：王军申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：蔡袁强20070801浙江大学申请博士学位论文单、双向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究单、双向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究摘要软土地基广泛分布于我国经济发达的沿海地区，随着这些地区经济的飞速发展和城市化水平的不断提高，将会兴建大量的建筑物和构筑物。我国处于地震多发区域，历次大地震都给人民造成了严重的生命和财产损失。因此，研究这些软土层在地震荷载作用下的动力特性具有十分重

2、要的意义。在以往的地震反应分析中，认为地震作用以水平剪切为主。故采用单向激振循环荷载条件来模拟地震运动。而在近场地震作用下，竖向地震力的作用也是不容忽视的，在这种情况下采用双向激振循环荷载方式来模拟地震作用更符合情况。由于受试验仪器的限制，目前国内外对双向激振下软粘土动力特性的研究鲜有报道。本文针对地震荷载作用下软土地基的动力特点，采用英国GDS公司研制生产的高精度动静三轴试验设备对杭州软粘土分别进行静三轴、单向激振以及双向激振循环荷载试验。深入研究了初始剪应力、循环应力比、振动频率、径向循环应力比及相位差等因素对循环

3、荷载作用下杭州地区饱和软粘土动力特性的影响。得到了一些对工程抗震设计有意义的结论。通过静三轴试验研究了初始剪应力与加荷速率耦合作用对软粘土静力特性的影响。加荷速率的提高将弥补初始剪应力施加所导致的土体抗剪强度的降低。并建立了两者耦合作用下的抗剪强度预测公式。分析了静力荷载作用下软粘土的刚度软化现象，研究结果表明，软粘土表现为非线性刚度软化，而采用Duncan-chang模型所描述的仅仅是土体线性的刚度软化特性。结合静力刚度软化公式对Duncan．chang模型进行了修正。通过单向激振循环荷载试验，研究了循环应力比、初始

4、剪应力、加荷次数、振动频率等因素对软粘土动应变、动孔压、应力路径、临界循环应力比、循环软化等特性的影响。分析了上述各因素对转折动应变的影响。以转折动应变为破坏标准，得到了单向激振下软粘土的动强度曲线。在试验基础上，建立了单向激振下软粘土的软化指数模型以及反映每一次循环内软粘土软化规律的无量纲化刚浙江大学申请博士学位论文单、取向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究度软化模型。通过双向激振循环荷载试验，研究了循环应力比、径向循环应力比、初始剪应力与相位差等因素对软粘土动应变、动孔压、应力路径、临界循环应力比、循环软化等

5、特性的影响。分析了上述各因素对转折动应变的影响。以转折应变为破坏标准，得到了双向激振下软粘土的动强度曲线。在试验基础上，确定了杭州软粘土的门槛径向循环应力比，并建立了双向激振下软粘土的软化指数模型以及反映每一次循环内软粘土软化规律的无量纲化刚度软化模型。提出了通过建立软化指数一累积塑性应变一循环次数分析模式而间接建立循环荷载作用下软粘土的累积塑性应变模型的分析方法。通过引入综合影响参数十分简洁的得到了单向激振以及双向激振循环荷载作用下的累积塑性应变模型。通过修正的Duncan-chang模型来模拟初始骨干曲线，通过引入

6、软化指数模型与累积塑性应变模型对1wan模型进行修正，以每一次循环过程中循环软化模型作为Masing准则的放大系数对单向激振与双向激振循环荷载作用下不同试验条件的动应力一应变关系进行了描述。通过计算结果和试验数据的对比分析表明，修正后的模型能正确反映土体的循环特性。关键词：地震荷载；饱和软粘土；动三轴试验；单向激振；双向激振；初始剪应力；循环软化；累积塑性应变；动应力一应变Ⅱ浙江大学申请博士学位论文单、双向激振循环荷载作用下饱和软粘土动力特性研究STUDYoNDYNAMlCBEHAVlOROFSATURATEDSoFT

7、CLAYUNDERUNIDIRECTIoNALANDBIDIRECTIONALCYCLICLoADINGAbstractSoftclaysarewidelydistributedintheprosperouscoastalareasinChina．Agreatdealofstructureswillbeconstructedwiththeeconomicaldevelopmentandurbanization．EachSevereemhqBakebringsgreatdamagesandlossestopeoplein

8、China,whichliesinahigh·frequencyearthquakeregion．Therefore，studyondynamicpropertiesofsaturatedsoftclayduringearthquakesisofgreattheoreticalandpracticalimportanceinsei