非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究課件

1非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究

邵生俊龍吉勇西安理工大學(xué)2007.1121緒論

2非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的隨機(jī)振動(dòng)分析3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究5結(jié)論

主要內(nèi)容

1緒論31.1、研究意義

雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。但是，他們的成果應(yīng)用于結(jié)構(gòu)性Q3黃土?xí)r需要進(jìn)一步驗(yàn)證。同時(shí)，非飽和黃土具有顯著的結(jié)構(gòu)性，動(dòng)荷作用下變形發(fā)展直至破壞的過程也是結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展的過程，考慮黃土的結(jié)構(gòu)性，開展動(dòng)變形特性的研究具有重要的理論與實(shí)際意義。邊坡的抗震分析大壩的抗震分析基礎(chǔ)液化評(píng)估等隨機(jī)地震荷載等幅循環(huán)荷載41.2研究現(xiàn)狀

早在1975年Seed等人在研究飽和砂土抗震液化時(shí)，就應(yīng)用線性累積損傷原理推得了等效循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公式：權(quán)重系數(shù)為了得到這個(gè)權(quán)重系數(shù)，Seed等人對(duì)飽和砂土的液化曲線用了4步處理法.52001年Green等人在深入分析累積損傷原理的基礎(chǔ)上，提出了等效循環(huán)荷載的另一種計(jì)算方法，就是使土體遭受實(shí)際地震所吸收的能量與neq次等幅循環(huán)應(yīng)力作用下吸收的能量相等。他給出了計(jì)算等效循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公式：這種方法考慮了材料(土)非線性的影響優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：對(duì)材料的本構(gòu)模型要求較高2非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載

的隨機(jī)振動(dòng)分析

2.1線性累積損傷原理

1945年Miner根據(jù)材料吸收凈功的原理提出了疲勞線性累積損傷的數(shù)學(xué)表達(dá)式：對(duì)于非等幅的循環(huán)荷載，這個(gè)原理表示為：

或者

材料在破壞時(shí)有：因此，

此式即為線性疲勞累積損傷方程式，即Miner定律。

6（等幅）7由線性累積損傷原理得：

若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等效為幅值為Sref、振次為neq的等幅循環(huán)荷載作用下的損傷時(shí)，neq的計(jì)算式很容易由上式得到：參考應(yīng)力破壞振次荷載引起的損傷3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。1線性累積損傷原理他給出了計(jì)算等效循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公式：線性累積損傷原理包含的假定有：對(duì)材料的本構(gòu)模型要求較高(2)對(duì)累積損傷的分析（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析由線性累積損傷原理得：4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析或者（2）殘余變形模量的損傷分析雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析2001年Green等人在深入分析累積損傷原理的基礎(chǔ)上，提出了等效循環(huán)荷載的另一種計(jì)算方法，就是使土體遭受實(shí)際地震所吸收的能量與neq次等幅循環(huán)應(yīng)力作用下吸收的能量相等。2.2線性累積損傷原理對(duì)原狀黃土的適用性分析

81)加荷時(shí)吸收的能量和破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的頻率無(wú)關(guān)線性累積損傷原理包含的假定有：2)破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的幅值無(wú)關(guān)3)損傷的累積與加載進(jìn)程呈線性關(guān)系(1)對(duì)總能量的分析9破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系10w=15%w=18%w=21%w=24%

11單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系單位土樣耗能的平均值與含水量的關(guān)系(2)對(duì)累積損傷的分析

123非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析

13144非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究15

122（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析

16動(dòng)模量17阻尼比（2）殘余變形模量的損傷分析

黃土的殘余變形及殘余變形模量的定義2NNNi19殘余變形模量20最小的相關(guān)系數(shù)為0.97破壞耗能的變化特性

通過本文的研究，對(duì)非飽和原狀黃土動(dòng)力特性的有了一些新認(rèn)識(shí)和結(jié)論，現(xiàn)將其總結(jié)如下：5結(jié)論破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的幅值無(wú)關(guān)；損傷的累積與加載進(jìn)程呈線性關(guān)系它們對(duì)非飽和原狀黃土是成立的。在假定加荷時(shí)吸收的能量和破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的頻率無(wú)關(guān)的前提下，線性累積損傷原理對(duì)非飽和原狀黃土也是適用的。

1、通過諧振荷載作用下非飽和原狀黃土的動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，分析了線性累積損傷原理成立的兩個(gè)假定：2)破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的幅值無(wú)關(guān)破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。對(duì)材料的本構(gòu)模型要求較高3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究線性累積損傷原理包含的假定有：4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。1線性累積損傷原理2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。(2)對(duì)累積損傷的分析非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究1線性累積損傷原理2非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載

的隨機(jī)振動(dòng)分析4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。5、在非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性的研究基礎(chǔ)上，將累積損傷與殘余變形模量之間的關(guān)系用于等效粘彈性模型，可以在原計(jì)算基礎(chǔ)上計(jì)算出殘余變形。若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等效為幅值為Sref、振次為neq的等幅循環(huán)荷載作用下的損傷時(shí)，neq的計(jì)算式很容易由上式得到：1線性累積損傷原理4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。225、在非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性的研究基礎(chǔ)上，將累積損傷與殘余變形模量之間的關(guān)系用于等效粘彈性模型，可以在原計(jì)算基礎(chǔ)上計(jì)算出殘余變形。

2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。

3、動(dòng)荷作用下非飽和原狀黃土的破壞主要是殘余變形增大引起的，動(dòng)應(yīng)變引起的損傷是很小的。在損傷累積過程中，動(dòng)模量和阻尼比變化較小，其變化規(guī)律受起始含水量和固結(jié)應(yīng)力條件控制。4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。當(dāng)含水量一定時(shí)，固結(jié)壓力對(duì)它的影響較??；當(dāng)固結(jié)壓力一定時(shí)，含水量對(duì)它的影響較大。2001年Green等人在深入分析累積損傷原理的基礎(chǔ)上，提出了等效循環(huán)荷載的另一種計(jì)算方法，就是使土體遭受實(shí)際地震所吸收的能量與neq次等幅循環(huán)應(yīng)力作用下吸收的能量相等。（2）殘余變形模量的損傷分析(2)對(duì)累積損傷的分析2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。(2)對(duì)累積損傷的分析單位土樣耗能的平均值與含水量的關(guān)系單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系為了得到這個(gè)權(quán)重系數(shù)，Seed等人對(duì)飽和砂土的液化曲線用了4步處理法.線性累積損傷原理包含的假定有：4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究1線性累積損傷原理非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究(2)對(duì)累積損傷的分析單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。早在1975年Seed等人在研究飽和砂土抗震液化時(shí)，就應(yīng)用線性累積損傷原理推得了等效循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公式：破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系此式即為線性疲勞累積損傷方程式，即Miner定律。破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系線性累積損傷原理包含的假定有：2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。5、在非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性的研究基礎(chǔ)上，將累積損傷與殘余變形模量之間的關(guān)系用于等效粘彈性模型，可以在原計(jì)算基礎(chǔ)上計(jì)算出殘余變形。雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。單位土樣耗能的平均值與含水量的關(guān)系由線性累積損傷原理得：4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究在假定加荷時(shí)吸收的能量和破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的頻率無(wú)關(guān)的前提下，線性累積損傷原理對(duì)非飽和原狀黃土也是適用的。(2)對(duì)累積損傷的分析4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。線性累積損傷原理包含的假定有：2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。此式即為線性疲勞累積損傷方程式，即Miner定律。5、在非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性的研究基礎(chǔ)上，將累積損傷與殘余變形模量之間的關(guān)系用于等效粘彈性模型，可以在原計(jì)算基礎(chǔ)上計(jì)算出殘余變形。3非飽和原狀黃土等效諧振荷載的能量分析雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。單位土樣耗能的平均值與固結(jié)應(yīng)力的關(guān)系4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等效為幅值為Sref、振次為neq的等幅循環(huán)荷載作用下的損傷時(shí)，neq的計(jì)算式很容易由上式得到：（2）殘余變形模量的損傷分析4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究破壞耗能與動(dòng)應(yīng)力的關(guān)系對(duì)材料的本構(gòu)模型要求較高非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等效為幅值為Sref、振次為neq的等幅循環(huán)荷載作用下的損傷時(shí)，neq的計(jì)算式很容易由上式得到：非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究2)破壞時(shí)吸收的總能量W與加荷的幅值無(wú)關(guān)4、非飽和原狀黃土單位土體的破壞耗能與土的初始狀態(tài)（應(yīng)力和含水）有關(guān)，與動(dòng)應(yīng)力幅值無(wú)關(guān)。（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等效為幅值為Sref、振次為neq的等幅循環(huán)荷載作用下的損傷時(shí)，neq的計(jì)算式很容易由上式得到：線性累積損傷原理包含的假定有：線性累積損傷原理包含的假定有：非飽和黃土動(dòng)力線性累計(jì)損傷特性的試驗(yàn)研究他給出了計(jì)算等效循環(huán)次數(shù)的計(jì)算公式：線性累積損傷原理包含的假定有：在損傷累積過程中，動(dòng)模量和阻尼比變化較小，其變化規(guī)律受起始含水量和固結(jié)應(yīng)力條件控制。4非飽和原狀黃土動(dòng)力損傷變形特性研究2、利用Green等人從耗能角度推出的等效諧振計(jì)算公式，對(duì)非飽和原狀黃土的等效循環(huán)荷載研究表明，這處理方法對(duì)非飽和原狀黃土等效循環(huán)荷載的計(jì)算是可靠的。2線性累積損傷原理對(duì)原狀黃土的適用性分析（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析（1）動(dòng)模量及阻尼比的損傷分析雖然Seed等人在這方面取得了卓有成效的研究成果。若將變幅往返荷載下構(gòu)件的損傷等