[发明专利]一种砂土循环动力响应预测方法

说明书

本发明公开了一种砂土循环动力响应预测方法，首先通过固结试验得到土体临界状态孔隙比与围压关系曲线；采用静三轴仪测定砂土在静力荷载作用下的应力应变关系，得到静力加载应力应变曲线；采用动三轴仪测定砂土在动力荷载作用下的应力应变关系，得到动力应力应变曲线；然后在应力空间中构建塑性硬化模量场作为评估模型；分别依次对三个曲线进行拟合，得到模型中的土体参数；基于评估模型，利用土体参数来预测砂土循环动力响应。本发明提供的方法同时评估砂土在排水条件与不排水条件下应力应变特性，不仅能够准确描述排水条件下砂土的强度演变规律，并且通过精确捕捉孔压的变化，可以准确计算不排水条件下砂土的有效应力变化规律。

技术领域

本发明涉及岩土力学技术领域，具体涉及一种砂土循环动力响应预测方法。

背景技术

目前已有的适用于砂土动力加载的评估方法，主要关注不排水条件下的应力应变响应，尤其是地震荷载作用下的砂土振动液化现象。然而，现有针对排水条件下砂土动力响应的评估方法又缺乏对不排水条件下应力应变特性的考虑。对于风、浪、流作用于海洋工程结构物而引起的长期、低频动力荷载，结构周围的砂土基本处于完全排水状态，此时土体刚度变化受内部颗粒排布演变的影响。而对于短期、高频的循环荷载，砂土处于不排水状态，土体的应力应变特性受孔压影响，与排水状态的刚度演变有所不同。现有技术或者针对不排水条件下的砂土动力加载响应，或者针对排水状态，缺乏对两种土体状态的统筹考虑。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种砂土循环动力响应预测方法，通过构建评估模型同时反映砂土在排水条件与不排水条件下应力应变特性，进而对砂土的循环动力响应有较好的预测精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种砂土循环动力响应预测方法，包括：

通过固结试验得到土体临界状态孔隙比与围压关系曲线；

采用静三轴仪测定砂土在静力荷载作用下的应力应变关系，得到静力加载应力应变曲线；

采用动三轴仪测定砂土在动力荷载作用下的应力应变关系，得到动力应力应变曲线；

在应力空间中构建塑性硬化模量场作为评估模型；

分别依次对所述土体临界状态孔隙比与围压关系曲线、所述静力加载应力应变曲线及所述动力应力应变曲线进行拟合，得到模型中的土体参数；

基于所述评估模型，利用所述土体参数来预测砂土循环动力响应。

可选的，所述在应力空间中构建塑性硬化模量场作为评估模型，包括：构建反映土体所经历最大应力水平的解析面方程、计算加载指数、建立状态相关剪胀方程计算土体剪胀比、构建应力应变增量关系、计算塑性模量及计算孔压增量。

可选的，通过以下公式构建解析面方程Y：

式中：分别为应力点(p,s)在塑性模量场中共轭点的坐标，符号“：”表示张量间的双点积，z为决定土体应变方向的参数、w为土体硬化速率的控制参数，M是临界状态应力比，其在压缩与拉伸时的取值分别为M_c、M_e，计算公式为：

式中：φ为临界状态摩擦角。

可选的，共轭应力点处解析面的外法线方向y即为塑性加载方向，用以计算加载指数L，其表达式如下：

式中：K_p为当前应力状态所对应的塑性模量，L的数值大小代表了即将发生的塑性变形的大小，同时L的正负号定义了土体的加卸载准则，其数学表达如下：