深水錨固基礎循環變形失穩過程分析理論與方法研究

《深水錨固基礎循環變形失穩過程分析理論與方法研究》是依託天津大學，由王建華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：深水錨固基礎循環變形失穩過程分析理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王建華
• 依託單位：天津大學

項目摘要

通過理論分析，研究能夠描述靜荷載與循環荷載共同作用下，深水錨固基礎地基土單元循環應變與循環累積應變的擬動力本構關係和跟蹤循環應力時程的彈塑性本構關係。通過不同試驗應力條件下的土動力試驗，研究本構關係參數的變化規律，分析不同試驗應力條件下本構關係參數變化規律之間的聯繫，闡明用於分析深水錨固基礎循環變形失穩過程的本構關係參數確定方法。進一步，研究利用所建立的本構關係，通過三維有限元計算，分析深水錨固基礎失穩過程的擬動力方法以及跟蹤循環荷載時程的彈塑性數值仿真方法。為說明本構關係與分析方法的可行性，選擇深水軟土中典型的錨固基礎，進行1g條件下靜荷載與循環荷載共同作用下基礎變形失穩的模型試驗。通過對預測結果與模型試驗結果的對比，闡明分析錨固基礎變形失穩過程數值方法的合理性。通過本課題的實施，力爭在按變形過程評價靜荷載與循環荷載共同作用下深水錨固基礎穩定性的理論與分析方法方面獲得突破性進展。

結題摘要

研究靜荷載與循環荷載共同作用下軟土中錨固基礎變形失穩過程的分析理論與方法，對深水軟土中錨固基礎設計與穩定性評估和土動力學發展有重要意義。項目通過理論分析、試驗與數值仿真研究，建立了分析靜荷載與循環荷載共同作用下軟土中錨固基礎變形失穩過程的擬動力與增量彈塑性三維有限元數值仿真分析方法。項目首先對描述靜荷載與循環荷載共同作用下軟土不排水應力應變回響的本構關係進行了研究。依據等效粘彈性與蠕變理論，建立了擬動力粘彈塑性本構模型，提出了通過常規循環應力作用下不固結不排水三軸壓縮試驗確定模型參數的方法。擬動力模型不詳細追蹤循環應力路徑，按三維等效粘彈性關係描述循環應變回響，依據蠕變勢理論描述土單元循環累積偏應變關係，能以簡潔的方式描述三維應力狀態土單元的不排水循環應力應變回響。又依據非等向硬化模量場理論，在偏應力空間中，建立了描述靜荷載與循環荷載共同作用下軟土不排水應力應變回響的增量彈塑性邊界面模型。該模型特點是只有三個模型參數，物理意義明確，模量插值函式簡單，且可以通過靜應力與循環應力共同作用下常規不排水三軸壓縮試驗確定模型參數。該模型在跟蹤循環應力路徑時，通過變換映射中心位置，描述不同應力狀態土單元不排水循環應力應變回響。進一步，把擬動力模型與增量彈塑性模型嵌入到ABAQUS有限元軟體中，建立了分析靜荷載與循環荷載共同作用下軟土中錨固基礎變形失穩過程的擬動力與增量彈塑性三維有限元數值仿真分析方法。為驗證分析方法可行性，進行了軟土中吸力錨及法向承載錨在靜荷載與等幅（變幅）循環荷載共同作用下變形失穩過程的模型試驗。試驗中測量了循環荷載作用下的變形時程，不同區域土體中累積孔壓的變化，首次揭示出吸力錨錨底土體中累積孔壓大於被動側土體中累積孔壓這一現象，為解釋循環荷載作用下錨的破壞模式變化提供了依據。利用建立的分析方法對不同試驗條件下的吸力錨、法向承載錨循環變形失穩過程與破壞模式進行預測，結果與模型試驗結果基本吻合。這表明兩種分析靜荷載與循環荷載共同作用下軟土中錨固基礎變形失穩過程的方法是可行的。本項目在按變形過程評價靜荷載與循環荷載共同作用下深水軟土中錨固基礎的穩定性理論與分析方法方面獲得一定突破。項目還研究了估算軟土中錨固基礎循環累積變形的擬靜力法，確定軟土中吸力錨循環承載力的極限平衡法與擬靜力有限元法，並取得成果。研究過程中還開發出兩種用於模型試驗的新型循環載入裝置。