基于有效应力法的场地地震响应分析

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流体饱和多孔介质广泛存在于自然界中,它一般由固体骨架和孔隙流体组成,在强烈地震动作用下,土体的显著非线性及固液两相性质会使土体发生孔隙水压与土骨架耦合变形作用。另一方面,已有研究表明,土体在静力和动力荷载作用下表现出明显的力学变形特性差异,在进行静、动力耦合分析过程中,采用单一的土体本构材料无法同时准确反映土体在静力荷载和动力荷载作用过程中表现出来的力学变形特性。基于以上研究背景,本课题拟将土体材料考虑为固-液两相介质,基于有效应力法,在初始应力场平衡过程中,土体采用弹性本构,而在地震动作用下,土体采用弹塑性本构模型,进行场地静、动力耦合地震响应分析,具体内容如下:(1)本文基于对非线性弹性本构和弹塑性本构的研究,简述了Duncan-Chang模型和Davidenkov模型的基本原理。基于ABAQUS有限元软件的二次开发接口编写了这两种本构模型的子程序,并对本构模型的可行性和合理性进行试验和理论验证。结果表明:这两种土体本构模型能够很好地模拟土的非线性动力特性。为后续模型的联合应用奠定基础。(2)基于常规三轴实验和动三轴实验,测试出几种土体材料的Duncan-Chang模型和Davidenkov模型参数,并比较土材料的物理性质对本构模型参数的影响。结果表明:土体材料基本参数对Duncan-Chang模型参数有一定影响,且Duncan-Chang模型和Davidenkov模型的各参数之间也存在一定的变化规律。(3)基于有效应力法,将土体考虑为固液两相介质,采用粘弹性人工边界条件和地震动加速度输入方法,在地应力平衡的静力状态下,土体采用Duncan-Chang弹性本构,在地震波作用动力状态下,土体采用Davidenkov弹塑性本构,建立了自由场静、动力耦合地震响应分析模型,分析了场地的地震响应。考察了土体本构模型、不同土体材料、不同地震波及峰值加速度、总应力法与有效应力法对场地地震响应结果的影响。
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