《飽和砂土液化後流動特性試驗與大變形分析方法研究》是依託河海大學，由陳育民擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：飽和砂土液化後流動特性試驗與大變形分析方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳育民
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以5.12四川汶川地震後我國廣大地震液化地區的防震減災需求為背景，鑒於當前缺乏對飽和砂土液化後流動特性的認識，開展基於流體力學理論的飽和砂土液化後流動特性試驗研究，分析液化後砂土的流體類型，建立流動本構模型和大變形分析方法。首先，利用自行設計的試驗裝置，開展飽和砂土液化後流動特性試驗，得出零有效應力狀態和非零有效應力狀態下砂土的流動變形規律；然後基於流體力學理論，建立飽和砂土液化後流動本構模型，並確定液化後砂土的流體類型；再將建立的流動本構模型開發到岩土工程專業程式FLAC3D中，根據典型震害的模擬，對模型進行驗證和修正，最終建立正確、有效的飽和砂土液化後流動大變形分析方法。研究成果將豐富並創新地震液化機理和變形分析理論，對闡明飽和砂土液化後的流體類型、揭示液化後流動大變形規律具有重要的理論意義，對我國廣大地震液化地區的防震減災工作具有重要的社會意義和實用價值。
結題摘要
本項目以“5.12”四川汶川地震後我國廣大地震液化地區的防震減災需求為背景，鑒於當前缺乏對飽和砂土液化後流動特性的認識，開展基於流體力學理論的飽和砂土液化後流動特性試驗研究，分析液化後砂土的流體類型，建立流動本構模型和大變形分析方法。 （1）基於流體力學中的落球試驗原理，設計了一套可以測定液化後砂土流動特性的小型振動台試驗裝置。進行了一系列液化砂土流動特性試驗，試驗中考慮了鋼球的直徑、運動的速度、砂土的超孔壓比的影響。試驗結果表明，在零有效應力狀態下，液化砂土也呈現出剪下稀化非牛頓流體的特性，在非零有效應力狀態下，液化後砂土的表觀動力粘度隨著孔壓比的降低而逐漸增大。試驗結果與空心圓柱試樣的飽和砂土液化後大變形扭剪試驗結果相一致，證實了液化砂土是一種非牛頓流體的結論。 （2）根據砂土液化後在零有效應力狀態下是剪下稀化非牛頓流體的特點，用冪律函式擬合了零有效應力狀態下的剪應力‐剪應變率關係；在非零有效應力狀態下，砂土的表觀動力粘度是超孔壓比的單值函式，用冪律函式來描述表觀動力粘度的對數與超孔壓比之間的關係，得到了液化後砂土的流動本構模型，並利用廣義剪應力和流動剪應變率的概念將流動本構模型推廣到三維情形。 （3）將零有效應力狀態下的液化後流動本構模型在FLAC3D中進行了開發實現，生成了可以描述砂土液化後流動狀態下變形的Liquefy模型，並基於FLAC3D建立了液化流動大變形的簡化分析方法。利用該簡化方法對小型振動台的液化變形試驗進行了模擬，結果表明液化層水平位移主要發生在液化開始的前一段時間，隨著液化時間的增長，變形發展的速率逐漸減小。數值模擬結果與Towhata進行的振動台試驗結果相一致。 （4）基於本項目得到的液化後流動特性本構模型，對FLAC3D中的Finn模型進行改進，使其能夠考慮液化後零有效應力狀態及非零有效應力狀態的流動特性，生成了可以反映液化狀態下砂土的流動變形以及液化后土體強度的恢復建立了耦合的PL-Finn模型，並建立了液化後大變形的完全耦合非線性動力分析方法。對日本阪神地震中Kobe沉箱式碼頭的震害現象進行了數值模擬，計算結果表明，沉箱後側的回填砂土在地震作用過程中發生了大面積液化，使得沉箱發生了較大的水平位移和沉降，計算結果同震害調查的結果基本一致，從而驗證了本項目開發的PL-Finn模型在複雜岩土工程分析中的適用性。
