主应力方向旋转及与应力幅值耦合变化路径下粉土多相态性状及临界破坏准则建模研究

对主应力方向变化路径下土体性状进行合理预测的一个关键点是如何分析土体在变载中可能出现的分阶段多相态变化特征。这一研究不仅有助于深入了解土的基本特性、丰富力学本构理论，且在指导交通、海洋等工程设计方面亦有重要作用，但目前相关研究成果较少。为此，本项目拟对江苏近海地区粉土开展系列室内正交应力路径试验，开展不同密实度、固结比条件下，试样在主应力轴不同旋转组合方式及与应力幅值耦合变化路径下，孔隙水压力、动模量、各独立及组合应变等力学参数分阶段多相态的宏观表征及强度界定准则研究。在此基础上，结合不同应力路径中相态变化点前后试样的微、细观结构电镜分析，研究粉土结构原生与次生各向异性演变特征与规律，揭示上述复杂应力路径引起土性改变的内部机理。并通过将粉土宏、微细观性态表征与离散元数值分析进一步结合，克服试验条件局限，实现对含主应力轴旋转变化的更普遍应力路径下，粉土在相态点前后性状演变特征的预测描述。

针对国家海洋与交通工程加大开发的进程中，地基所面对的复杂岩土工程问题，本项目结合室内试验、理论分析和数值模拟三方面的研究手段，对波浪、交通等荷载作用形成主应力轴旋转的典型应力路径下，粉土复杂动静力特性开展了研究。项目以江苏近海粉土为对象，开展不同密实程度和固结方式下，粉土在主应力方向旋转及与应力幅值耦合变化路径中的应力应变分阶段多相态关系、超静孔隙水压力开展特征、土体结构崩塌及诱发因素等方面的研究。就崩塌发生的应力条件及其对前期孔压和应变开展特征预测的作用进行了全面探讨。分析了土体的各向异性性状演变机理及影响。提出了基于崩塌能的复杂动力路径下土体强度统一判别方式。探讨了主应力轴循环旋转下不同固结条件粉土应变和孔压破坏准则建模及普适性问题。建立了基于离散元方法的主应力轴变化条件下粉土的应力控制动力模型。还对海床整体粉土地基在以主应力轴旋转为主要路径特征的波浪荷载下产生液化的门槛应力条件和液化势的预测方式进行了分析。研究成果在国内外都开展较少，对深入揭示土的基本特性、丰富土力学本构理论，以及指导海洋、交通等工程设计均具有较重要的意义。