非飽和黃土動 力本構模型及其在地鐵車站地震反應分析中的應用.pdf

1、地鐵是解決城市交通堵塞和環(huán)境污染的最有效方法之一,被許多大型城市所采用。一般認為,地鐵作為地下結構具有良好的抗震性能,但阪神地震表明,地鐵在地震作用下也會發(fā)生嚴重破壞,而且災后修復困難代價高昂。地鐵車站是地鐵運營中的樞紐,設備和人員集中,一旦破壞,后果十分嚴重。隨著經濟的發(fā)展,國內地鐵建設數(shù)量的增多,對地鐵車站進行地震反應研究不僅必要而且緊迫。鑒于以往的研究主要集中在飽和土地區(qū),而非飽和土地區(qū)研究較少。本文以非飽和黃土為研究對象,在靜力

2、三軸試驗和動力三軸試驗的基礎上,對其非飽和性和結構性進行了研究并建立了相應的動力本構模型,利用所建立的模型對非飽和黃土地區(qū)的場地和地鐵車站進行了有限元一無限元耦合地震反應分析,取得了以下主要成果:
　　 1、通過靜力三軸試驗,分別研究了四種含水率的重塑非飽和黃土和原狀非飽和黃土在三種圍壓下的應力應變規(guī)律,分析了含水率和圍壓對土體的變形及強度的影響；通過動力三軸試驗,研究了三種含水率非飽和黃土的動力變形規(guī)律,分別研究了含水率和圍壓

3、對非飽和土的變形模量及阻尼比的影響,并分析了其產生的原因。通過重塑非飽和黃土和原狀非飽和黃土的應力應變曲線對比,提出了結構應力分擔比的概念,并研究了含水率和圍壓對其變化規(guī)律的影響,試驗表明該參數(shù)可以合理有效的反映非飽和土的結構性。
　　 2、基于邊界面彈塑性模型理論,引入含水率,建立了重塑非飽和黃土的動力本構模型,詳細分析了本構模型中的各個參數(shù)及其確定方法；基于二元介質本構理論,在重塑非飽和黃土動力本構模型的基礎上,引入結構應力

4、分擔比,建立了原狀非飽和黃土的動力本構模型,并給出了結構應力分擔比定量表達式及其確定的方法。所建模型具有參數(shù)易于確定便于工程應用的優(yōu)點,模型以含水率作為參數(shù)反映土體的非飽和性,避免了基質吸力難以確定的問題；以結構應力分擔比作為參數(shù)反映土體的結構性,克服了從微觀角度研究結構性及其成果難以應用的缺點。
　　 3、給出了本構模型程序實現(xiàn)的思路和步驟,推導了相關的公式,并用FORTRAN語言開發(fā)編寫了所建動力本構模型的子程序；利用有限元

5、軟件ABAQUS對靜力和動力試驗進行了模擬。結果表明,所建立的本構模型能較為準確的反映重塑非飽和黃土和原狀非飽和黃土的力學特性,所開發(fā)的子程序具有較好的穩(wěn)定性和較高的精度。
　　 4、利用本文建立的非飽和黃土動力本構模型,建立了有限元一無限元耦合模型,對非飽和黃土自由場地進行了地震反應分析,分析了在水平地震作用下上覆土層厚度、含水率、結構性對地震反應的影響,分析比較了單向地震反應和雙向地震反應的不同；對非飽和黃土地區(qū)擬建的地鐵車