土应力应变关系的粘-弹-塑模型

土的动力非线性实验一般给出无量纲动力剪切模量G/G_(max)与剪应变γ的关系曲线以及滞回阻尼比λ与剪应变γ的关系曲线。同时,在地震工程主要关心的周期范围(例如0.1—10秒)内的地震荷载频率对以上两类经验曲线的影响不明显。为了获得一个与以上实验结果相一致的应力-应变关系,本文提出了一种具有粘性、弹性及塑件三种效应的应力-应变关系物理模型——粘-弹-塑模型(Visco-Elasto-Plastic Model),简称VEPM。这一模型能同时拟台G/G_(max)-γ和λ-γ两条实验曲线,且能很好地满足它们与加载频率无关的要求。本文还将VEPM与以往模型进行了对比,讨论了VEPM的物理意义。最后,给出了将VEPM应用于土层地震反应计算的两个实例。     

水平成层均质土地震反应非线性分析的半解析算法

采用动态应力-应变关系及其推广的Masing加卸载准则,考虑土体在地震等不规则加载条件下的非线性滞回特征,将增量法与相应场地地震线性反应解析解相结合,提出了该动力非线性方程的半解析时域算法,以水平成层场地一维剪切梁模型为例,建立了求解土体地震反应的非线性分析技术。针对Seed-Idriss给出的砂土平均曲线,分析计算了非均匀层状密砂的线性和非线性地震反应。     

粘弹塑性土层地震反应的波动分析法

本文在吸收Seed及Streeter等人近年来工作成果的基础上,利用特征线-差分混合解法,提出了新的差分格式并求解了包含粘性、弹塑性的水平土层在地震剪切波作用下的运动方程。在引入阻尼比退化系数的概念后,提出了能同时符合土的剪切模量-剪应变和阻尼比-剪应变非线性试验曲线的加载、卸载、再加载分析曲线——广义Masing型曲线。本文提供的方法与程序可方便地对水平土层的地震反应作出估计,可作为烈度小区划中考虑场地土影响和提供设计反应谱的分析工具。     

上海崇明综合深井土动力特性的试验研究

对取自上海崇明综合深井的12只原状土样进行共振柱、循环三轴联合试验,初步研究该地区黏性土的土动力特性,得到动剪应变γd在10~(-6)~10~(-2)范围内的Gd/G0~γd、D~γd关系曲线,根据试验所得关系曲线,分析黏性土强度参数的变化规律。研究成果对上海崇明地区各类工程建设的场地地震安全性评价工作具有一定的借鉴和参考价值,有利于该地区地震安全性评价工作的开展。     

动力基础系统非线性本构关系的研究

采用理想集总参数计算体系,以三次幂多项式模型反映动力地基的非线性特性,将非线性幂函数作为循环荷载作用下系统位移-力关系的主干骨线,在此基础上按照Masing二倍法则,将骨线拓展为位移一力的滞回曲线,建立了动力基础双曲线滞回动力学模型。提出了非线性广义刚度函数的概念,建立了动力基础系统在不同振动形式下的非线性本构关系。     

青岛胶州湾淤泥(质)土动力特性试验研究

利用Hardin-Drnevich提出的动力本构关系,结合等效粘弹性介质模型,对青岛环胶州湾淤泥(质)土样进行了共振柱试验研究。对54组试验土样的试验结果进行了细致的拟合分析,试验结果表明:试验得到的规一化剪切量比Gd/Gdmax与剪切应变幅值γd的关系曲线比国内现有的相应曲线下降得缓慢,但更接近于英国Rune Dyvik和美国地质调查局的试验结果曲线;阻尼比γd与剪切应变幅值γd的关系曲线比国内现有的曲线上升要缓慢,并且最大动阻尼比值较小。最后,文中分析了产生这一现象的原因。上述试验结果和认识,对滨海软土工程场地的非线性地震响应,将会产生重要影响。     

钢筋混凝土框架中节点受剪性能计算的改进拉压杆模型

梁柱节点是框架结构中承受和传递荷载的关键部位。框架节点抗震性能试验研究表明,高剪应力的作用下,节点核心区通常产生显著的非弹性剪切变形。采用数值模拟研究钢筋混凝土梁柱节点抗剪性能时,正确地计算节点核心区剪应力-剪应变关系是有限元分析成功实施的关键。基于梁柱节点抗震性能试验中节点核心区的受力变形特征,提出了基于变形的改进拉压杆模型,推导了节点剪应力-剪应变(■-γ)关系曲线的计算方法。以多组梁柱节点低周反复加载试验结果为依据,对比分析斜压杆模型与基于变形的改进拉压杆模型的计算结果,校核了基于变形的改进拉压杆模型计算准确性和适用性。结果表明：与斜压杆模型相比,基于变形的改进拉压杆模型能有效预测钢筋混凝土框架中间层中节点的■-γ骨架曲线,能较准确地计算节点峰值剪应力。     

韧性剪切带剪应变函数γ(x)和扭距函数s(x)数学表达式探讨

通过对大量横穿简单剪切的韧性剪切带剪应变曲线数学特征的分析研究,提出剪切带剪应变函数γ(x)和扭距函数s(x)的数学表达式。γ(x)的数学表达式不是从理论上推导出来的,但横穿剪切带各点实测剪应变值都能满足或近似满足γ(x)的表达式。剪应变函数γ(x)和扭距函数s(x)表达式的确定对研究剪切带的变形有重要意义     

超低硬度隔震橡胶支座的竖向力学性能研究

为了解具有超低硬度(G值为0.196 MPa,简称G2)的天然隔震橡胶支座(简称LNR)及铅芯隔震橡胶支座(简称LRB)的竖向力学性能,采用试验方法对不同直径G2-LNR支座和G2-LRB支座进行了不同压力下竖向刚度、不同水平剪应变下竖向静刚度及不同水平连续剪切位移下支座附加竖向变形测试,对同直径G值为0.392MPa(简称G4)支座部分相同性能进行了对比测试,并将G2测试结果和理论分析结果进行了对比.测试结果表明,G2-LNR竖向刚度随竖向压力的增加呈线性增加的趋势,其不同剪应变状态下竖向静刚度随应变增加呈线性减少的趋势.G2-LRB竖向刚度随竖向压力的增加呈非线性增加,而不同剪应变状态下竖向静刚度随应变未呈现明显的变化规律.试验与理论分析结果表明,测试得到的不同剪应变状态下支座竖向静刚度与理论计算得到的支座刚度在大应变时误差较大.支座不同剪应变状态下竖向静刚度难以准确反映支座在连续水平剪应变状态下的真实刚度,采用藤田隆史考虑重叠面积竖向刚度公式可以较好地预计G2支座在不同剪切位移时支座的附加沉降位移.     

常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究

采用共振柱自振试验方法给出国内常规土类动剪切模量比G／Gmax和阻尼比λ变化的平均曲线,推荐值和包线,使用的共振仪是由工种力学研究所原有共振柱改装而成,并经试验验证了改装后仪器的精度可靠性,试验土类包括粘土,粉质土,粉土,砂土,淤泥和淤泥质土,土样来自国内十余个不同地区,采用折线双曲线拟合G／Gmax,λ随γ衰减关系,其中参数a和b由最小二乘法对每次试验结果回归分析得到,对同类土,将所有的a,b 值平均,用均值a和b给出动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系,从而得到了此类土G/Gmax,λ随γ变化曲线及推荐值,试验是在两种固结压力下进行,因而得到的结构分别适用于土体埋深小于10m和埋深10m-20m之间的两种情况。     

幂函数剪切模量成层土非线性地震反应的半解析算法

运用文献[1]所建议的动态应力一应变关系及其推广的Masing加卸载准则,考虑土料在地震等产生的不规则加载条件下的非线性滞回特征,将增量法与相应场地地震线性反应解析解[2]相结合,提出了该动力非线性方程的半解析时域算法,基于改进的一维剪切梁模型,对剪切模量是其深度的某一幂函数的成层非均质土层,建立了求解土体地震反应的非线性分析技术。针对文献[2]中的土层剖面,做了计算、分析和讨论。     

一种新的土体动力本构模型

基于指数函数的有界性、函数曲线形状和构造土体动力本构模型的一般原则,把函数Y=e^x在（-∞,0]区间上的图像进行翻转、平移、放缩,从而构造出土体的动力本构模型的骨架曲线。在卸载和反向加载时,采用与骨架曲线相同的函数形式,并以前一次卸载开始点作为起点,以土体的极限应力水平作为渐近线,构造出土体动力本构模型的滞回曲线。在此基础上构造出适用于非对称循环荷载的指数形式土体动力本构模型（UE模型）。并用共振柱实验的结果检验了模型的有效性。UE模型具有四个特点：第一,适用于非对称循环荷载;第二,记忆量小;第三,卸载再加载滞回曲线自动满足Masing准则;第四,模型参数少,物理意义明确,可用常规试验确定。     

基于动力BNWF法的冻土-桩相互作用模型研究

基于水平循环荷载作用下不同负温冻土环境中单桩动力特性模型试验结果,在已有分析桩-土-结构相互作用的动力BNWF模型的基础上,提出改进的冻土-桩基动力相互作用非线性反应分析模型。在该模型中,利用改进的双向无拉力多段屈服弹簧考虑桩侧冻土的水平非线性力学特性,同时兼顾桩侧与冻土间的竖向非线性摩擦效应、桩尖土的挤压与分离作用以及远场土体阻尼对桩基动力特性的影响。其中桩侧水平多段屈服弹簧参数根据冻土非线性p-y关系获得,该关系曲线以三次函数曲线段及常值函数段共同模拟,并由室内冻土压缩试验结果确定。最后基于改进的动力BNWF模型,提取动位移荷载作用下该桩顶力-位移滞回曲线及桩身不同埋深处的弯矩动响应数值分析结果,并与相应的模型试验结果对比,二者具有较好的拟合度,表明本文所提出的改进模型在分析冻土-桩动力相互作用时有较好的适用性。     

小应变硬化土模型参数的确定与敏感性分析

地下工程施工引起的土体扰动区可分为剧烈扰动区、扰动区、微扰动区和未扰动区。为全面反映土体在扰动下的应力路径和力学响应,必须考虑全应变范围的土体特性,尤其是小应变范围内的力学响应,因此对小应变硬化土本构模型关键参数(初始剪切模量和剪应变阀值)的确定方法进行介绍。开展上海典型软土的三轴固结排水剪切试验和固结试验研究,给出确定上海软土小应变硬化土模型(HSSmall)参数的方法,建议采用原位测试的方法确定土体的初始弹性模量。基于土单元数值模拟进行初始弹性模量和剪应变阀值的参数敏感性分析。随着初始弹性模量的增大,初始压缩曲线与卸载-再压缩曲线的斜率均增大。由于对应的回弹模量不变,初始弹性模量与回弹模量的差值增大,应变与偏应力试验曲线的回滞环宽度也随之增大。随着剪应变阀值的增大,初始压缩曲线和再压缩曲线的近似直线段增长,在同样剪应力情况下,土体的应变值减小,土体保持初始弹性模量刚度的区间增大。     

振动台试验模型地基土的设计与试验研究

本文在动力相似关系的分析基础之上,设计了一种以锯末为主要成分,用于地基-基础-上部结构动力相互作用振动台试验的模型土。用循环单剪仪对原型土和设计的模型土分别进行了试验,得出了2者的动剪切模量比Gd/Gdm ax和阻尼比λ随动剪应变γd变化的关系曲线,对两种土的动力特性进行了相似对比。试验结果表明,设计的模型土与原型土的动力特性具有较好的相似性。采用等效线性本构模型,给出了原型土和模型土的动力特性参数。对采用本文所设计的模型土进行振动台试验的动力相似问题进行了初步讨论。     

基于岩体波速和Hoek-Brown准则的初始地应力场参数计算模型研究

在初始地应力场参数计算中引入岩体波速,通过基于岩体波速的Hoek-Brown准则建立初始地应力场中水平地应力σ_H的取值范围Δ_(σ_H)计算模型,并通过实测地应力数据验证了Δ_(σ_H)计算模型的合理性。在Δ_(σ_H)计算模型的基础上,推导出了σ_H/σ_V(水平地应力/垂直地应力)的取值范围Δ(σ_H/σ_V)计算模型,并通过Δ(σ_H/σ_V)计算模型从岩体稳定性的角度对σ_H/σ_V在地壳表面和深部的分布现象进行合理解释。通过Δ(σ_H/σ_V)计算模型给出的σ_H/σ_V的取值下限(σ_H/σ_V)_(min)和取值上限(σ_H/σ_V)_(max)算出侧压系数λ,并给出了侧压系数λ与深度h之间的函数关系λ=ah~b+1。     

X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力模型（Ⅱ）——基于R-0本构关系

利用软钢的Ramberg-Osgood本构关系(R-O模型)，依据经典力学原理推导建立了X形和三角形钢板阻尼器的阻尼力滞回模型。首先，给出了循环加载下软钢材料的应力-应变R-O本构关系；其次，推导建立了基于R-O本构关系的钢板阻尼器的阻尼力模型；最后，将该阻尼力模型及其参数与试验结果和双线性强化模型进行了比较，验证了R-O理论模型的有效性，并分析了误差存在的原因。     

西北地区典型遗址土动模量与阻尼比特性试验研究

通过室内动三轴试验,研究了西北地区遗址土体的动本构关系,得到了模型参数,分析了遗址土体的动剪模量比和阻尼比的特性,并通过归一化处理得出模型参数,结果表明:遗址土体符合Hardin-Dinevich双曲线模型,其相关系数均大于0.991 7,模型参数a、b与土样密度不存在相关性;在相同荷载下,密度越大,动应变和动残余应变越小,其中陕西定边陡沟子明长城墙体土承受动荷载能力下降较快,而草滩段秦长城墙体、瞭望台台基处初始弹性模量和初始剪切模量较小,三处土体硬度较小,易于遭受病害侵蚀破坏,需进行重点加固维护;遗址墙体所建窑洞处土体强度和硬度明显大于长城墙体,动弹性模量和动剪切模量约为其墙体2倍。草滩段瞭望台土体强度和硬度明显大于同地区长城墙体;遗址土体的动剪切模量G/G0随着动剪应变γd的增加而减小,且密度越大,衰减速度越快,阻尼比D随着动剪应变γd的增长,呈现先缓慢增加-急剧增加-缓慢增加的过程,且密度越大,阻尼比越大。按建造年代、建造形制和用途划分、所处地区对典型遗址进行动力特性的对比分析,为今后土遗址加固保护提供理论基础和参考依据。     

黏性土的动剪切模量比和阻尼比与剪应变关系的统计分析

动剪切模量比和阻尼比是土体重要的动力特性参数,这两种参数取值的合理性对场地地震响应分析的结果有重要影响.为进一步完善黏性土的动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化关系的研究,给出了新的计算模型和推荐曲线.新曲线的计算模型基于Davidenkov模型和新的阻尼比计算模型,通过对搜集的大量黏性土数据进行非线性回归分析后得到.将分析结果与已有国内外学者的成果进行对比,验证了新计算模型具有较好的可靠性和工程实用性.     

上海软土自由场地的三维地震响应分析

建立了上海软土的三维动力分析模型,其中基于上海典型软土土层动力试验数据,建议采用Davidenkov模型描述上海软土的非线性动力特性,研究了上海软土的地震响应规律.计算表明:(1)从土体底部到表面,地震波的高频成分减少,低频成分增加;(2)软土并非总是放大地震响应,而取决于软土与地震波的特性;(3)在进行自由场地震分析时,将其简化为平面应变问题考虑是可行的;(4)软土动剪切模量与动剪应变关系的计算曲线与试验曲线吻合较好,表明采用本文推荐的模型考虑软土的非线性特性是合理的.本文的研究成果可为软土地区工程的抗震设计提供参考.