砂土物态粘弹塑性本构模型及其动力固结数值分析方法研究

土的动力特性问题是现代土动力学和岩土工程抗震研究分析的关键内容之一。.为了发展和完善砂土物态本构模型，首先通过研制的新型真三轴仪设备研究在不同应力路径下砂土静力特性变化机理及物态的变化规律；然后通过动三轴仪和研制的压、扭耦合三向新型振动扭剪仪等试验设备进一步研究动荷条件下砂土粘弹塑性变形发展与物态变化规律之间的内在联系，并建立砂土物态粘弹塑性本构模型，将非线性的砂土物态本构模型发展为砂土物态粘弹塑性本构模型。在建立的砂土物态粘弹塑性本构模型的基础上，根据固液耦合动力固结理论，在有效应力空间和粘滞应力空间所组成的动有效应力空间中研究可同时考虑速率效应和循环效应的动力固结有限元方法和程序，将弹塑性动力固结耦合分析方法拓广为粘弹塑性动力固结耦合分析方法。.本研究不仅可以完善和发展砂土物态本构模型，而且在粘弹塑性本构模型基础上开展动力固结分析方法研究有较大的理论意义和研究价值。

砂土的动力特性问题和固液两相体耦合动力数值分析问题是现代土动力学和岩土工程抗震研究分析的两个重要内容。对饱和砂土的地震动力问题的研究而言，砂土物态本构模型以物态变化特性和组构各向异性为基础，考虑了动粘滞阻尼特性、与物态变化联系的剪胀特性、偏应力应变非线性特性等饱和砂土动力响应特性的主要因素，反映了砂土物态模型的先进性和合理性。因此，砂土物态模型还具有较大的发展空间，本研究开展了必要的相关研究，以期进一步完善砂土物态本构模型的研究，并在动力固结耦合数值分析方面推进砂土物态本构模型的工程应用。.本项目为了进一步发展和完善砂土物态本构模型，通过真三轴仪和电液伺服控制振动扭剪仪开展了饱和砂土的动力试验研究，通过复杂应力路径、往返加载和应力主轴旋转等试验研究揭示的现象，分析了在复杂应力条件下不同变形阶段土的动力特性的变化机理，在粘弹塑性理论框架下建立了一个可以同时反映速率效应和循环效应的粘弹塑性砂土物态本构模型。在完善后的砂土物态模型基础上，在固液两相体真耦合的动力固结理论计算的框架内，研究了在有效应力空间和粘滞应力空间所组成的动有效应力空间中实现描述砂土动应力、动变形和动孔压分布场的动力有限元方法，开发了相应的固液两相体耦合动力固结数值程序，并进行计算验证和数值模拟分析，将其应用于砂土地基及边坡的动力分析中，对砂土地基和边坡的动力特性和安全问题进行了深入分析和探讨。在进行动力位移响应与渗透固结相结合统一求解动位移和动孔压这一方面，砂土物态本构模型提供了一条可合理地跟踪动应力和动应变的非线性变化过程、可反映砂土物态变化的新途径。.本研究不仅完善和发展了砂土物态本构模型，具有重大的理论意义，而且建立在砂土物态粘弹塑性本构模型基础上的动力固结有限元分析方法可应用于评价土工构筑物的抗震稳定性，对指导岩土工程抗震减灾具有重要的实用价值。.截止目前，本项目已公开发表科技论文共18篇，其中SCI收录4篇，Ei收录8篇，ISTP收录3篇；资助研究生硕士学位论文3篇和博士后出站报告1篇；另外申请国家发明专利共8项，已获得授权4项。