土体动力反应分析的方法.doc

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1、土体动力反应分析的方法土体动力反应分析常用的方法主要有基于总应力类动木构模型分析法、孔压先长后消的有效应力分析法和孔压长消耦合的有效应力分析法。其主要是根据计算体系、计算前提、计算循环和计算H的等差异划分的。1基于总应力类动本构模型的分析方法因等效粘弹性模型给出了动应力幅与动应变幅全景之间的关系,因此E用全量理论;而动力的非线性模型给出了相对于荷载反

2、何点的应力应变非线性关系,则可用增量理论。在计算过程中,先计算静应力场(常采用Duncan-Chang木构模型),再将地震视为垂直向上传递的水平剪切波,并将全时程等效为

3、一定幅值(地震最大加速度的65%)、一定震次(与地震震级相联系)的等幅循环荷载,由土体基岩边界输入,并由初始采用的模量和阻尼比分时步开始动力反应计算,在全时程内按平均动剪应变(各时步最大值的65%)下对应的模量和阻尼比进行迭代,至每次迭代采用的初始值与计算值间误差满足允许的相对误差时,就可得到地震全程引起的平均动剪应变和平均动剪应力场。然后,将此动剪应力场与按静应力场和动三轴试验确定的关系计算得出的抗液化剪应力(对应于地震的等效震次)场进行比较。最后将前者大于后者的单元作为液化单元,由其确定出液化区范围(对每次迭代中

4、出现液化的单元,继续迭代计算时应取接近于零的模景值)o有时,为了得到液化发展的过程,也可不对动力过程作等效处理,而是采用一个选定的地震波输入,并将其分为若干时段,将地震全时程对应的等效震次分配给各个时段,得到各时段的等效震次后,在各时段内按时步计算的基础上进行迭代,对比地震剪应力与抗液化剪应力,即可得到动力全过程各时段液化的发展特性。1.2孔压先长后消的有效应力分析方法为了考虑分析过程中孔压的扩散和消散,在进行动力计算时可将地震时程划分为若干时段,再依次在各时段内,按分时步计算得到的平均动应变所对应的模量和规定的检验

5、标准进行迭代,得到时段末的动剪应变场和动剪应力场。再取用一个孔压模型,计算出这一时段末的增长孔隙水压力,将此增长孔隙水压力和上一时段静力固结结束时消散后的孔隙水压力之和,作为这一时段消散孔隙水压力的起始值,引入Biot静力固结的理论计算孔压的消散,得到时段末的孔隙水压力,并将其作为下一时段计算时的初始(残余)孔压,其与下一时段计算的新增孔压共同参与静力固结消散,如此计算到地震结束,则可以得到一个将孔压长消过程简化为先增长(动力下)后消散(静力下)的有效应力分析方法。此时,应用有消散得到的孔压所对应的有效应力来修正模量

6、作为下一时段计算的初始值,或用消散得到的孔压来判断时段末发生液化的可•能性。此方法对实际可能出现的渗流影响进行了考虑,使其在早期的程序中得以实现,不能不视为是一个进步。1.3孔压长消耦合的有效应力分析方法如果将孔压直接引入动力固结理论的动力平衡方程,将其和含有孔压的渗流连续方程一起求解,即可得到任意点的动应力、动应变和动孔压的变化过程,或得到任意时刻的动应力场、动应变场和动孔压场的场分布。动力固结理论方程的求解,一般仍用实际选定的地震不规则波,并且按时段迭代进行他可按时步迭代进行)。此法得到的孔压实际上包括了应力孔压

7、、结构孔压和传递孔压。在这种方程的建立和求解时,除初始的残余孔压外,有的研究者还引入平均孔压模型,或者引入瞬态孔压模型oZicnkiewics等、徐志英等、盛虞等先后发展了一维到三维问题有孔压消散的有效应力分析方法。关飞等在将上述动力反应与动力渗流相耦合方面作出了新的尝试,但在动力微分方程中考虑孔压时仍然沿用了以往在动力反应与动力固结计算时的方法,再次计入了由孔压模型得到的动孔压,导致其与动力渗流固结体变引起的孔压之间出现矛盾。虽然,瞬态孔压模型在这一点上似乎有其一致性,但它们都在概念上有着共同的缺陷,因为不同时刻的

8、动孔压理应完全由渗流连续方程反映的规律所决定。在建立动力平衡方程中,也有考虑阻尼项和未考虑阻尼项的差别。从滞回阻尼的角度而言,如采用骨干曲线的本构方程,阻尼可由阻尼比反映,如采用跟踪滞回曲线的方法,则不再考虑滞回阻尼的影响;但如果动力的速率效应不可忽略时,二者均仍有粘滞阻尼的影响,它与变形速率成正比,阻尼项仍以考虑为宜。在采用本构模型上,理应用瞬态型的、跟踪滞I门I曲线的有效应力型本构模型。采用平均的、甚至是有效应力型的本构模型也只是一种简化的近似。在应用瞬态型的本构模型时,有效应力物态木构模型具有能够从机理上揭示土

9、性变化过程的优越性。应力矢量本构模型在考虑主应力轴旋转以及剪缩剪胀性方面是一种崭新的方法。非线性粘弹性木构模型一般只考虑动剪应力的作用(固定的固结应力状态下,如果有孔隙水压力的发展,只需对平均固结应力作出相应的修正,代入求解剪切模量的关系式即可)。虽然当它在应用曼辛二倍法的基础上,再引入考虑随动坐标内强度逐周不断衰化概念的方法,比简单地再引入一

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