饱和砂土液化模拟及液化细观机理研究

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1、国内图书分类号：密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文饱和砂土液化模拟及液化细观机理研究年级二〇一五级姓名张昭申请学位级别硕士专业岩土工程指导老师魏星副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSIMULATIONSOFLIQUEFACTIONONSATURATEDSANDANDSTUDYONMESO-MECHANISMOFLIQUEFACTIONGrade:CivilEngineering2015Candidate:ZhangZhaoA

2、cademicDegreeAppliedfor:MasterSpecialty:GeotechnicalEngineeringSupervisor:WeiXingMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要国内外历次大地震表明，饱和砂土液化是地震中最主要的灾害之一。砂土液化后大变形导致的地基沉降则是造成地基上构筑物损毁的根本原因。因此砂土液化破坏理论研究已经成为了现代土力学基本课题之一。现有试验手段对于砂土液化研究具有一定局限性，部分液化问题无法从宏观角度进行准确的解答，传统的连续介质力学对于砂土这一离散状颗粒材料的研究已经不再适用。因此学者应回归

3、砂土散粒状颗粒的本质，从细观角度分析液化过程中颗粒的排列与移动规律，揭示砂土液化的本质。本文开展了以下数值模拟工作：（1）利用数值模拟软件PFC模拟饱和砂土室内常规试验，将数值结果与室内试验结果进行对比分析；（2）开展圆盘颗粒、不可破碎非圆颗粒以及可破碎非圆颗粒的循环双轴试验的数值模拟，记录并分析不同因素对砂土液化过程中力学响应的影响；（3）提出采用孔隙率标准差（StandardDeviationofPorosity）作为砂土液化后大变形的度量指标，并通过自主开发程序实现了这一指标的监控。通过上述研究，首先论证了数值模拟能够有效反映真实砂土特性，并且较完整的总

4、结了各种因素对其砂土液化过程的影响。同时发现孔隙率标准差与砂土液化后大变形具有良好相关性，从孔隙均匀化的角度阐述了砂土液化的本质以及液化后大变形产生的细观机理。关键词:砂土液化；数值模拟；孔隙率；液化后大变形；离散元；颗粒破碎西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractMostoftheearthquakesathomeandabroadhaveshownthattheliquefactionofsaturatedsandisthemajordisastersintheearthquakes,andthefoundationsettlementcau

5、sedbylargedeformationofsandafterliquefactionaretheessentialcausesofthedamagesofstructuresonthesettlement.Therefore,theresearchoffailuretheoriesofsandliquefactionisoneofthefundamentalissuesinthemodernsoilmechanic.Nowadays,traditionalmethodshaveitslimitationsinthestudyofsandliquefacti

6、on.Someproblemsoftheliquefactioncannotbeexplainedonmacroscopicscale,andtraditionalcontinuummechanicsisnotapplicabletostudymechanicalpropertiesofsand,adiscretematerial.Inordertodiscovertheessentialreasonofsandliquefaction,researchersshouldcarryouttheresearchbasedonthefactthatsandisad

7、iscretematerialandanalysisthearrangementandmovementofparticleonmeso-scale.Therefore,followingnumericalsimulationsareimplementedinthispaper:(1)usingnumericalsimulationsoftwarePFCtosimulateaseriesofroutinetestandcomparethemwithlaboratorytests;(2)thenumericalsimulationsofthecyclicbiaxi

8、altestofdiscparticl