非饱和砂土力学特性研究及其与结构相互作用分析

2022-09-11

1、土—结构动力相互作用研究的必要性

对于地基和上部结构方面最早人们是在20世纪30年代的时候开展的, 随着社会的发展, 专家也加大了对这方面的研究, 特别是针对基础-土介质-上部结构动力相互作用下对应地震所产生的一系列影响, 但是比较关注的还是理论方面的研究以及计算, 关于问题的复杂性, 也是不断的进行了相关方面的研究, 从而使得分析结果存在分歧, 但是对于这方面具有相同点, 即上部结构刚度和地基刚度之间存在一定的关系, 比重越大就代表作用效果越明显。就目前的情况来看, 社会的快速发展进一步促进了核电建设发展, 一些国家也加大了对于这方面的研究, 主要是做出了相关激振试验和模拟振动台试验, 但是因为受到很多因素的影响, 加上实验数据方面, 对于这方面还存在很多不足。通常情况下小比例模型与实际构件存在较大差距同时实验条件也不完全具备, 因此在进行可靠性分析的时候会存在很多不足。结构抗震性能研究在抗震设计中属于非常重要的部分, 就目前的情况来看, 不考虑SSI上部结构的抗震性能研究非常多, 但是如果考虑该部分, 则相关研究和报道非常少。现阶段, 近场地震作用也是越来越受到重视, 其相关的特性和作用也是越来越凸出。因此在进行桩-土-结构相互作用的研究过程中需要充分的考虑近场地震情况。如今, 国内外也有很多的大比例模型试验或原型试验为核电等特殊工业建筑, 同事对于一些工业与民用建筑结构设计方面也逐渐的考虑到这个部分, 而其中非常关键的部分是试验数据, 对此需要重点加强这部分的研究。

2、含水率对非饱和砂土剪胀性的影响

在砂土中非常重要的一个部分是剪胀性, 其也是作为其中非常重要的一个特征代表, 最大的作用是能够进行砂土力学特性的描述。对于土来说具有2个基本力学特性, 主要是压硬性和剪胀性, 其会直接影响到土以及受力阶段, 也是土强度和理论非常重要的基础部分。压硬性主要指的是土的强度和刚度会随着压应力的变化而发生一系列的变化, 两者之间是存在正比的关系。剪胀性主要是指土体在剪切的过程中所发生的一系列膨胀或者收缩的特点。压硬性最早的代表是库仑摩擦定律, 随着社会的不断发展, 对于这方面的研究也是越来越多。剪胀性最早是在一八八五年, Reynolds在其著名的砂土试验中有认识到密砂在排水条件下剪胀, 不排水条件下出现负超孔隙压力这一特性。随着这方面的重视程度加深, 越来越多的专家投入到这方面的研究中, 得到了很多的理论成果, 而其中对于土的剪胀性的描述主要是通过对于应力比与应变增量比的比重进行划分, 这也就是所谓的应力-剪胀方程 (stress-dilatancy) , 在这些当中被人们所熟知的是Rowe (1962) 的应力-剪胀理论, 其也是得到了广泛应用。但是从压力和密度条件方面可以知道对于这个理论也存在一些不足, 其没有充分的考虑到材料方面的影响因素, 因此不能完全进行整个特征的描述。

Rowe (1962) 假设剪胀性主要是约束内部因素, 目前对于这方面主要由以下几个方面组成, 包括颗粒间的滑动阻力;颗粒重组引起的能量损失;体积膨胀所需的能量。从该理论中可以知道在进行接触的时候对于滑移面需要引起高度重视, 其滑动情况会出现一系列方程, 然后需要对其进行分析。

但是目前因为缺少很多的信息条件, 因此对于剪胀方程是不能进行孔隙、应力和结构的分析的, 需要重点加强这部分的研究。

3、分析

1) 就目前的情况来看, 随着含水率的不断增加, 非饱和砂土的抗剪强度会呈现下降的变化, 同时还存在阶段性特点, 对于这两者之间是存在一个临界含水率的, 如果这个值太小, 就会使得非饱和砂土的抗剪强度会发生一系列的变化, 其变化是和含水率成反比的关系。2) 含水率与非饱和砂土的应力-应变曲线模型是存在一定的关系的, 而其中也存在一个临界点, 如果这个临界点大于含水率, 就会形成一个双曲线, 而要是小于那个点, 就会形成一个双折线, 需要注意的是整个过程中临界含水率和抗剪强度临界含水率相同。3) 非饱和砂土黏聚力会随着含水率的变化而发生一系列变化, 整个过程是呈现先增后减的趋势, 因此具有阶段性特点。4) 含水率和非饱和砂土的内摩擦角呈现反比的关系, 因此整个过程也存在很明显的阶段性特征。5) 非饱和砂土的剪胀性会受到含水率的影响, 如果是同样的条件, 含水率和非饱和砂土的剪胀现象是存在反比的关系。

总之, 我国是世界上地震灾害最严重的国家之一, 随着社会的不断发展, 地震灾害越来越多, 对于人们所产生的影响越来越大, 因此广大研究者和工程技术人员在实践中逐渐意识到将上部结构和基础作为一个相互作用的整体来进行设计是非常必要。本文分析了非饱和砂土力学特性研究及其与结构相互作用相关方面, 为后续工作开展提供依据。

摘要：由于土和结构物之间存在力和变形的相互作用, 从而会使得刚性地基假设下的动力反应与其实际结构物的反应有一定差异, 因此也出现了土-结构动力相互作用问题。就目前的情况来看, 研究土-结构动力相互作用问题的一个前提是需要不断的进行岩土介质的动力力学特性优化, 其也是土-结构力相互作用中非常关键的部分, 对此进一步加强对土—结构动力相互作用问题的研究非常有必要, 从而能够更好的促进该方面的发展。基于此本文分析了非饱和砂土力学特性研究及其与结构相互作用。

关键词：非饱和砂土力学,特性,结构