汶川地震粗粒土路基震動相變研究

《汶川地震粗粒土路基震動相變研究》是依託西南交通大學，由王建擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：汶川地震粗粒土路基震動相變研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王建
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

汶川地震對山區鐵路、公路粗粒土填方路基造成了嚴重損毀。地震以何種方式影響粗粒土填料顆粒的物理力學行為並進而對路基的變形破壞起主導作用是亟待解決的關鍵科學問題。項目基於軟凝聚態物理學的觀點提出假設：粗粒土路基存在震動相變行為，當地震作用強度較小時會發生剪縮-剪脹轉變，當地震作用強度較大時會發生流動-堵塞轉變。擬通過震區調研分析識別出典型的震動相變現象；利用振動台模型實驗重現粗粒土路基震動相變行為；結合大規模離散元數值計算，揭示震動相變過程中粗粒土顆粒的組構特徵、力學特徵和運動規律，以及震動相變發生的臨界條件、方向和相變進行的方式；從而驗證以上假設並建立適用於汶川震區的粗粒土路基兩參數震動相變模型和具有普適性的粗粒土路基三參數震動相變模型。研究成果可望為粗粒土路基震害識別、震害評估和震害控制提供理論基礎，也期對交通土建領域防災減災學科的發展起到推動作用。

結題摘要

按照項目執行計畫的要求，開展了汶川地震強震區典型路段公路震害調研，完成了有側限擋牆防護路基震動沉陷（震陷）、無側限斜坡路基震動破壞這兩種震動相變致災現象的歸納總結；在此基礎上，完成了粗粒土路基震動沉陷及破壞振動台試驗和斜坡路基震動破壞試驗，並進行了相應的離散元數值計算；並針對粗粒土顆粒的離散元模擬提出了基於彈塑性理論的接觸模型。研究揭示了巨觀震害現象的細觀物理、力學機制，證實了有側限粗粒土路基震陷的地震動強度閾值問題，即存在“震陷閾值”，發現了無側限路基的震動破壞的閾值問題，及存在“破壞閾值”；彈塑性顆粒接觸本構模型從物理本質上反應了顆粒動態接觸特性，將成為岩土類材料在低周期循環荷載作用下疲勞及損傷研究的基礎。