yantubbs-土动力学与岩土地震工程

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1、土动力学与岩土地震工程刘汉龙(河海大学岩土工程研究所，南京210098摘要综述了目前国内外土动力学与岩土地震工程方面的研究进展，包括土体动力特性与本构关系、土体抗展反应分析、土体动力测试、土体液化、土体地展永久变形以及专题土动力学研究等内容，对各种方法的优缺点进行了比较和评述。最后阐述了今后有待进一步研究的方向。关镇词土动力学，岩土地展工程，动本构关系，整;水久变形‘抗展分析，动力测试1前言1961年我国岩土学科创始人黄文熙先生率先发表有关饱和砂土地基及土坡液化稳定分析成果[m，标志着土动力学这门学科在我国的兴起。土动力学是研究地震、波浪及机器基础振动等各种动荷载作用下土体的动变形、动强度和

2、稳定性的一门学科。岩土地展工程则是由土动力学、地震工程学、结构动力学等学科交叉综合形成的新学科。1964年日本新泻地震、1971年美国圣费尔南多地震和1976年我国唐山地震等许多实践课题促进了这门学科的发展，1995年日本神户大地震等使土动力学的研究达到了一个新的高潮。近年来，在世界范围内相继发生了许多强烈地震，如2002年3月台湾7.1级地震、2003年2月新疆伽师6.8级大地震、2003年5月土耳其发生的6.4级大地震等给人民生命和物质财产造成极大损失，抗震减灾已成为全世界的共同关心的问题。国际土动力学与岩土地震工程界目前正在开展一项重要工作，即由国际标准化组织(ISO)发起编写的国际岩

3、土工程抗震标准(SeismicActionsonGeotechnicalWorks)，代码为IS023469，并于2002年9月在英国召开了第一次专家组会议。来自美国、日本、英国、中国等11个国家的14名专家出席了会议。2002年12月、2003年6月分别在比利时和意大利召开了研讨会议，目前该标准的修订稿已经完成，并送国际标准化组织总部审批，这将成为岩土工程抗震设计的一个重要指南。本次会议收人本专题的论文共30篇，内容涉及到土体动力特性、动力分析、振动液化、动力基础和地震波理论等，基本上反映了当前我国土动力学与岩土地震工程研究的现状和特点。本文拟结合其内容，对目前国内外土动力学与岩土地震工程

4、方面的研究进展作简要的回顾和述评。2土体动力特性与动本构关系饱和砂土的实际动本构关系的发展表现在本构理论、数值计算和测试技术三个方面，它们是相辅相成的。饱和砂土动本构关系是极其复杂的，它在不同的荷载条件、土性条件及排水条件下会表现出极不相同的动本构特性。建立一个能够适用于各种不同条件的动本构模型的普遍形式是不切实际的，应该根据土体的不同要求和具体条件，有选择地舍弃部分次要因素，保留所有主要因素，建立一个能够反映实际情况的动本构模型。目前具体建立的动本构模型已多达数十个，大致可分为两大类、即粘弹性理论和弹塑性理论。·56·刘汉龙.等.土动力学与岩土地震工程2.1粘弹性理论自1968年Seed提

5、出用等价线性方法近似考虑土的非线性以来，粘弹性理论已有了较大的发展。在土体的动力反应分析中，常用的粘弹性理论有等效线性模型和曼辛型非线性模型两类。一般的粘弹性模型不能计算永久变形，为此，Martin等人根据等应变反复单剪试验结果，提出了循环荷载作用下永久体积应变的增量公式121。其后，日本学者八木、大冈和石桥等分别由等应力动单剪试验及扭剪仪各自提出了计算永久体积应变增量的经验公式。沈珠江等对等价粘弹性模型进行了较全面的研究[a1,Prevost[01对双曲线模型进行了改进;Pyke及王志良等分别对曼辛规则进行了修正，以使其能够描述不规则循环荷载作用下土的动本构关系15.61。伊万用一系列具有

6、不同屈服水平的理想弹塑性元件来描述土的动本构关系[71，是一个能获得各种曼辛型关系的通用物理模型。郑大同在伊万模型基础上.提出了一个新物理模型，该模型的骨架曲线可为加工硬化状，也可为加工软化状，骨架曲线与滞回曲线的两个分支既可相同，也可不同，而曼辛模型只是其中的一种特殊情况阁。粘弹性理论是目前生产应用中的主流，尽管其还存在多方面的不足，如不能考虑应变软化，不能考虑应力路径的影响，不能考虑土的各向异性以及大应变时误差大，等等。但它毕竟是试验结果的归纳，形式上也比较直观简单，经过适当的处理和改进后结合动力有限元程序，同样可以计算出循环荷载作用下土工构造物的孔隙水压力和永久变形的平均发展过程。2.

7、2弹塑性理论自20世纪70年代以来，对饱和砂土弹塑性动本构模型展开了较为广泛的研究，所采用的途径一般有:(1)仍采用单调加载条件下所建立的模型，但仅选用较为复杂的硬化规律，如采用将等向硬化规律和运动硬化规律相结合的所谓非等向硬化规律或者允许边界面产生扩张或收缩运动191，这类模型与饱和砂土实际性状之间有较大差距。为克服帽子类模型具有两个不同的屈服或破坏面使两个屈服面存在的奇异点给数值计算带来的不便，Desal