密砂單調(diào)剪切特性的試驗(yàn)研究及其本構(gòu)模型的數(shù)值驗(yàn)證.pdf

1、對海洋工程的建設(shè)是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。而在海洋構(gòu)筑物的施工過程中，海床土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜多變的。波浪荷載、風(fēng)荷載，都會(huì)使海床土體內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，包括主應(yīng)力的大小、方向。因此在實(shí)際工程中必須考慮主應(yīng)力大小、方向變化對地基土體穩(wěn)定性的影響。
　　為了研究主應(yīng)力方向?qū)４驳撞棵軐?shí)砂土剪切特性的影響，利用大連理工大學(xué)的“土工靜力-動(dòng)力液壓三軸-扭轉(zhuǎn)剪切儀”，在不同初始固結(jié)應(yīng)力、不同主應(yīng)力方向角條件下，進(jìn)行了多組應(yīng)力控制式

2、不排水單調(diào)剪切試驗(yàn)。
　　通過試驗(yàn)研究表明:主應(yīng)力方向角對于密砂的有效應(yīng)力路徑和應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系均具有十分顯著的影響。隨著主應(yīng)力方向角的增大，砂土達(dá)到相變點(diǎn)時(shí)的孔隙水壓力逐漸增大，廣義剪應(yīng)力逐漸減小，最終的有效偏應(yīng)力比峰值逐漸降低;在剪切過程中，飽和密砂的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系始終表現(xiàn)為應(yīng)變硬化效應(yīng)，隨著主應(yīng)力方向角的增大，應(yīng)變硬化效應(yīng)逐漸減弱，但并未出現(xiàn)松砂對應(yīng)的應(yīng)變軟化現(xiàn)象;隨著初始固結(jié)應(yīng)力的增大，砂土達(dá)到相變點(diǎn)所需的廣義剪應(yīng)力隨之增大

3、，砂土在相變點(diǎn)時(shí)的孔隙水壓力也越大;對于主應(yīng)力方向角相同，初始固結(jié)應(yīng)力大小不同的情況，在有效應(yīng)力路徑曲線上，砂土最終的穩(wěn)定狀態(tài)趨向于同一條直線，且主應(yīng)力方向角越大，直線的斜率越小。
　　通過試驗(yàn)得出的應(yīng)力比-應(yīng)變關(guān)系曲線，將應(yīng)力比峰值與主應(yīng)力方向角相關(guān)聯(lián)，對修正劍橋模型進(jìn)行改進(jìn)，建立了一個(gè)能夠反映主應(yīng)力方向變化對砂土單調(diào)剪切特性影響的本構(gòu)關(guān)系式。再利用Abaqus中的用戶自定義子程序功能將改進(jìn)后的本構(gòu)關(guān)系式嵌入其中，在Abaqus

4、中建立一個(gè)單元體模型，對其進(jìn)行與試驗(yàn)加載路徑相同的數(shù)值模擬分析。
　　將數(shù)值模擬分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比得出:改進(jìn)后的本構(gòu)模型可以反映出主應(yīng)力方向?qū)ι巴恋膯握{(diào)剪切特性的一些影響，但不完全。隨著主應(yīng)力方向角的增大，砂土應(yīng)變硬化效應(yīng)逐漸降低，砂土達(dá)到破壞面時(shí)的廣義剪應(yīng)力逐漸減小，但對于砂土前期剪縮性反映偏大，且不能反映出砂土相變之后的剪脹特性;改進(jìn)后的本構(gòu)模型可以較好的反映出主應(yīng)力方向?qū)ι巴劣行珣?yīng)力比與廣義剪應(yīng)變之間的關(guān)系的影響，數(shù)值