（準(zhǔn)）飽和土與地下結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力相互作用問題研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，城市化程度不斷提高，城市人口急劇增加，城市住房與交通的壓力不斷增大，使得城市用地緊張的矛盾愈來愈突出。高效、合理地利用地下空間資源是解決城市地域規(guī)模與土地資源矛盾以及建筑空間擁擠、交通堵塞、環(huán)境污染嚴(yán)重、城市綜合防災(zāi)能力薄弱等“城市綜合癥”的重要途徑，地下結(jié)構(gòu)在城市建設(shè)中的應(yīng)用和發(fā)展越來越普遍。因此，對土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的研究愈來愈重要。 縱觀已有的土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用的研究成果，大多以經(jīng)典彈性動(dòng)力學(xué)為

2、理論依據(jù)，將天然土體簡化為理想的各向同性單相介質(zhì)進(jìn)行分析。考慮到土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題本身的復(fù)雜性，以及土體性質(zhì)的多樣性，針對于(準(zhǔn))飽和土與結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用問題，下述方面需要加以考慮：(1)土體和結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系模型的研究；(2)基于多相介質(zhì)理論的(準(zhǔn))飽和土與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用問題的研究，包括數(shù)值理論分析中人工邊界的處理問題及(準(zhǔn))飽和土體與結(jié)構(gòu)的接觸邊界問題；(3)土壤的液化問題(包括復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的土壤液化判別和液化后

3、土體的大變形對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響)；(4)采用模型試驗(yàn)手段進(jìn)一步揭示結(jié)構(gòu)與(準(zhǔn))飽和土體的動(dòng)力相互作用機(jī)理。 針對上述問題，本文主要開展了以下方面的工作： 1．土體動(dòng)力本構(gòu)關(guān)系模型方面。(1)基于次加載面模型理論，推導(dǎo)了一種土體的動(dòng)力彈塑性本構(gòu)關(guān)系模型；(2)假設(shè)土體介質(zhì)損傷前后均為各向同性材料，其損傷細(xì)觀上表現(xiàn)為孔隙率的發(fā)展變化，基于Mori-Tanaka方法，推導(dǎo)了以體應(yīng)變和孔隙水壓力為自變量的兩種土體損傷演化模型。

4、 2．基于飽和多孔介質(zhì)理論的土力學(xué)模型，考慮重力作用、孔隙率的變化及土骨架非線性性質(zhì)的影響，推導(dǎo)建立了基于增量形式的流體飽和多孔介質(zhì)波動(dòng)分析的顯式有限元法；編制了相應(yīng)的流體飽和多孔介質(zhì)非線性動(dòng)力顯式有限元計(jì)算程序。 3．對有限模型數(shù)值方法求解能量開放系統(tǒng)中的人工邊界處理方式進(jìn)行了研究，在考慮多孔介質(zhì)中固相和液相的相互作用的情況下，通過在人工邊界處分別施加反映固相和液相介質(zhì)波傳播效應(yīng)的彈簧及阻尼來模擬飽和多孔介質(zhì)中波的能量輻射

5、效應(yīng)影響，提出了飽和多孔介質(zhì)近場波動(dòng)分析中的一種黏彈性人工邊界。 4．以內(nèi)源問題為例，探討了非線性土骨架對飽和土體動(dòng)力響應(yīng)的影響。 5．基于提出的黏彈性人工邊界條件，建立了飽和多孔介質(zhì)外源近場波動(dòng)問題的數(shù)值分析方法，以河谷地形為例分析了局部地形對多孔介質(zhì)中彈性波傳播的影響。 6．探討了飽和土體與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力接觸邊界條件，依據(jù)接觸處力的平衡條件及位移連續(xù)或滑移條件，推導(dǎo)了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算公式；對地震作用下飽和土一地下結(jié)

6、構(gòu)體系的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了有限元數(shù)值分析。 7．開展了可液化土層中地鐵地下結(jié)構(gòu)的大型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。 8．基于飽和粉土的振動(dòng)三軸試驗(yàn)，分析了循環(huán)荷載作用下飽和粉土液化的機(jī)理及影響因素，提出了一種孔隙水壓力增長的經(jīng)驗(yàn)公式，并通過小型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證；采用此孔隙水壓力增長模型，基于有效應(yīng)力分析方法，進(jìn)行了工程場地地震液化的有限元分析。 9．基于兩相介質(zhì)理論，建議了一種土壤液化的判別條件，并進(jìn)行了算