结构性粘土的动力损伤效应与荷载作用模式关联性

本项目以深化认识荷载作用模式与动力损伤程度对结构性粘土工程性状的影响规律为主线，以不同波型循环荷载、静力荷载与先动后静荷载作用下结构性粘土的力学响应为试验为基础，结合电阻率试验、共振柱试验、环剪试验与原位试验；分析应力路径对不同强弱结构性粘土的变形性状与强度特性影响，并论证其微观内在机制；类比分析不同波型荷载下结构性粘土力学性状的差异性响应，建立反映循环荷载作用下结构性粘土本真属性的弹塑性边界面本构模型，揭示结构性粘土地基在循环荷载作用下的变形演化机理；通过探讨描述损伤扰动程度的有效物理量与测试方法，提出结构性粘土动力损伤程度表征方法，获取结构性粘土力学参数随动力损伤的衰减变化特性，评价粘土结构性受动力损伤的工程后效影响，提出结构性粘土在不同荷载作用模式工况下的力学计算参数合理取值方法，为推进充分发挥粘土结构性的工程应用潜能与建立考虑结构性及保持结构性的定量设计方法提供理论技术支撑。

项目以不同静力加载模式、波型循环荷载与先动后静荷载作用下结构性黏土的力学响应试验为基础，结合原位试验、共振柱试验与环剪试验，获得了加荷路径对结构性黏土的变形性状与强度特性影响规律，提出了反映结构性黏土三阶段损伤模式的衰减函数，建立了基于应力比－剪应变表达形式的扰动状态模型。基于原状结构性黏土在方波、三角波与正弦波三种循环荷载下的力学响应试验以及不同动力损伤阶段土体的共振柱试验与静力三轴试验，揭示了结构性黏土的累积塑性应变增长、滞回曲线以及有效应力路径的变化规律，分析出黏土在不同波形荷载下的的动力特性、刚度软化以及循环荷载下的动态损伤演化性状，论证了循环荷载下土体的强度与刚度衰减的关联性特征。研究了强结构性黏土在小应变条件下的动剪切模量随固结应力水平的演化规律，提出了能反映土体结构性损伤影响与极端应力水平条件下的动剪切模量演化规律描述方法；通过分析低幅值小应变土体的刚度特征，提出计算小应变振动下剪切模量和阻尼比的简化两参数模型；并在经典弹塑性理论的框架下，提出一个土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积模型。深入分析了强结构性粘土在不同静偏应力下的动力特性以及与土体结构性间的内在联系，提出了能更好描述黏土在循环荷载下累积变形的改进模型。通过室内蠕变试验，提出变参数塑性元件的黏土蠕变黏弹塑性模型，实现了含SMP强度准则的黏弹塑性模型数值仿真。此外，分析论证了大气环境诱导土性异变的机理与黏土触变强度恢复的微观机制，建立了循环荷载作用下土体微型十字板强度与微结构参数之间的关系。上述研究，为推进发挥黏土结构性的工程应用潜能与建立考虑结构性及保持结构性的定量设计方法提供了帮助。