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基于双相介质理论之一维土层非线性反应分析

作　者: 李永强
导　师: 景立平
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 岩土工程
关键词: 双相介质土力学模型非线性动力响应有限元透射边界
分类号: TU43
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

饱水孔隙介质中波的传播是岩土地震工程中的重要问题。现今工程上土层反应分析常采用的方法是不考虑孔隙水压力变化影响的等效线性化方法,这种方法简单易用,适合于分析非饱和成层土层地震反应。纵观我国经济建设的重点区域,基本上都处于滨海或江河湖泊周边,其场地地下水位很浅,一定深度下基本上处于饱水状态,含饱水土层的场地地震反应分析随着震害资料的积累和土层反应研究的深入而逐渐受到重视。本文围绕这一问题展开研究,给出了一个更符合实际情况的考虑孔隙水压力作用的土层非线性反应分析方法,旨在为进一步的深入研究提供一种思路。由于模型的复杂性,而解析求解方法又常仅局限于非常简单的,通过各种假定使之简化了的情况,对于复杂问题不得不求助于数值求解方法,因此分析饱水孔隙介质的动力响应时采用数值方法是必要的。本论文就这些问题做了一些研究工作,内容如下:⑴简要回顾了土层反应分析的各种方法,对比评价之;简述饱水孔隙介质理论的发展、应用和重要性;⑵论述土的各种应力-应变关系模型,分析其适用条件,并选取适用的土体动本构模型;⑶简单介绍了饱水孔隙介质理论,在此基础上选择土力学模型,推导出一维情况下的波动方程。入射波假定为从基底垂直入射的剪切波,推导过程中视土的剪胀体变为驱使土与水产生运动的源项,同时注意了孔压的增长和消散作用,建立了包含干土和饱和砂土两种情况的以应力和位移等六个物理量为未知量的封闭方程组;⑷本文方法的数值实现。土层地震反应分析时,空间上采用一维集中质量有限元模型进行离散;时域内采用显式逐步积分方法进行计算;边界采用多次透射边界;并注意到各种不同界面状况的处理:基岩和上覆土层的交界面,饱水与干土交界面,自由表面等界面;⑸基于饱水孔隙介质波动理论编制了一维土层非线性反应FORTRAN 95计算程序并进行验证和算例计算,将其结果与等效线性化方法分析结果和单相介质模型时域非线性计算方法分析结果对比,指出水的存在对地震反应的影响:地震动输入较大时,即土体进入强非线性时,场地表面的反应谱长周期部分谱值明显高于等效线性化方法和单项介质模型时域非线性计算方法结果;⑹研究了饱水砂土层的液化过程及土层参数对孔压增长发展的影响,指出饱和土层在2～15m范围内容易产生液化现象,这和液化场地现场调查结果具有一致性;最后,对本文的研究工作做了总结,指出了其中存在的问题,并讨论了今后研究工作的目标。

基于双相介质理论之一维土层非线性反应分析

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