適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性模型及應用.pdf

1、適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性適用于飽和黏土循環(huán)動力分析的邊界面塑性模型及應用模型及應用AnisotropicBoundingsurfacePlasticityModelfCyclicBehavisofSaturatedClayItsApplication一級學科：水利工程學科專業(yè)：港口、海岸及近海工程研究生：胡存指導教師：劉海笑教授天津大學建筑工程學院二零一二年十一月摘要嵌入式海洋結構諸如樁基、吸力錨、桶型基礎以及拖曳錨等，往

2、往處于極其復雜和惡劣的海洋環(huán)境條件，通常需深嵌于海床土以提供承載性能。因此，該類結構及其周圍的海洋土體將直接或間接地承受由風、浪、流等導致的長期、持續(xù)、低頻循環(huán)載荷的作用。海洋土尤其是海洋軟土的非線性動力特性在循環(huán)載荷下將發(fā)生一系列演變，進而會引起嵌入式海洋結構循環(huán)承載性能的巨大變化。鑒于此，本文建立了適用于該類結構循環(huán)承載力評估的數值分析模型。首先，基于臨界狀態(tài)理論建立了能合理反映飽和黏土循環(huán)穩(wěn)定和循環(huán)退化動力特性的無彈性域邊界面塑性

3、模型。以應力反向點作為邊界面的廣義各向同性硬化中心，提出了廣義各向同性硬化準則。低應力水平下，邊界面隨著廣義各向同性硬化中心的運動在應力空間中達到循環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)；高應力水平下，引入與塑性偏應變有關的損傷變量實現邊界面的收縮，以模擬土體循環(huán)剛度和強度的退化。該模型包含兩類參數，即臨界狀態(tài)參數和塑性模量形函數參數，均具有明確的物理意義。對于單調加載事件的模擬，僅需要臨界狀態(tài)參數；對于循環(huán)加載事件的計算，需由常規(guī)室內試驗測定動剪切模量和阻尼比，

4、進而確定形函數參數。結合大量的國內外試驗，對邊界面模型進行考察，涉及的因素包括土質、固結水平、應力水平、加載方式（單向、雙向循環(huán)，應力和應變控制）以及超固結比等，結果表明，該模型對等壓固結飽和黏土的循環(huán)穩(wěn)定和循環(huán)退化特性均能較為合理地反映。其次，通過分離土體初始各向異性和后繼各向異性在本構模型中的描述，即土體初始各向異性由邊界面的初始旋轉模擬，而后繼應力誘發(fā)各向異性由廣義各向同性硬化準則中的運動硬化部分確定，克服了原模型無法反映土體初始

5、各向異性的缺陷；設計一系列簡單加載、復雜加載的靜、動力數值試驗，并與解析解和試驗數據進行了對比，驗證了該種分離初始和后繼各向異性描述做法的合理性；在不增加模型參數及復雜性的前提下，實現了等向硬化、運動硬化和旋轉硬化準則功能的結合；分別基于廣義Mises準則三維化方法和SMP準則變換應力法將該模型推廣至三維應力空間，首次實現了SMP變換應力法在循環(huán)動力邊界面塑性模型中的應用；對比分析了兩種三維化方法在邊界面模型中的應用性能。彌補了目前國際