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《加載波形對粉質(zhì)粘土塑性變形影響的數(shù)值分析.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、巖土工程界第11卷第11期檢測與分析加載波形對粉質(zhì)粘土塑性變形影響的數(shù)值分析1鐘勇強(1.淮陰工學(xué)院交通工程系)摘要利用建立的三維有限元模型,在動三軸試驗驗證的基礎(chǔ)上,用數(shù)值分析的方法研究了不同加載波形對粉質(zhì)粘土塑性變形的影響。關(guān)鍵詞粉質(zhì)粘土動三軸加載波形塑性變形數(shù)值分析土在循環(huán)荷載作用下塑性變形的主要影響因素[1]2有限元模型的建立可歸納為兩類,一類是土的物理參數(shù),即內(nèi)因因素;另一類是外因因素,即動應(yīng)力幅值、圍壓、頻率、根據(jù)動三軸試驗土樣擊實成型試件建立直徑為加載波形等。本文主要采用數(shù)值分析的方法對不同70mm,高度為140mm的圓柱體三維有限元模型如加載波形作用下粉
2、質(zhì)粘土的塑性變形規(guī)律進行研圖2所示。定義土的材料屬性中密度為-3究。1.96g#cm,楊氏模量為18MPa,泊松比為0.35,-7滲透系數(shù)110emm/s,孔隙率為0.3,內(nèi)摩擦角1動三軸試驗34b,膨脹角0b,固結(jié)不排水。因為內(nèi)摩擦角大于試驗采用的土樣是長春市衛(wèi)星路取土場的中液22b,Drucker-Prager模型不能很好逼近Mohr-限粉質(zhì)粘土,基本物理力學(xué)參數(shù)見表1。Coulomb模型,故采用土的Mohr-Coulomb模型模[3]擬。所施加軸向荷載為正弦波形且考慮土樣自表1試驗粉質(zhì)粘土物理力學(xué)指標(biāo)重,頻率為1Hz,即q(t)=0.5qd+0.5qdsin2Pt
3、,其密度Q/最佳含水液限塑限塑性指粘聚力內(nèi)摩擦g#cm-3量X/%XL/%XP/%數(shù)Ipc/kPa角U/b中q(t)為任意t時刻的軸向動荷載值。側(cè)面受圍壓1.96213422.411.64734R3的作用,底面邊界條件指定為ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)完全地約束底本文試驗土樣直徑為70mm,高度為140mm[4]面,在單元類型中選擇四面體單元C3D8RP,共劃圓柱體擊實成型試件(圖1)。試樣等壓固結(jié)后,在分975個結(jié)點,742個單元。不排水條件下先施加大小為0.5qd靜荷載然后施加正弦波荷載,振幅0.5qd,頻率為1Hz。試驗儀器為日
4、本DTC-306型多功能電液伺服動態(tài)三軸儀,采用應(yīng)力控制方式。一臺WX2400X)Y繪圖儀用[2]于記錄試驗數(shù)據(jù),選用應(yīng)變5%為破壞標(biāo)準(zhǔn)圖2三維有限元模型將數(shù)值模擬和試驗的塑性變形進行對比分析如圖3所示,試驗和模擬的每一組數(shù)據(jù)中,塑性變形隨循環(huán)次數(shù)的變化趨勢非常一致,經(jīng)過列表統(tǒng)計分圖1動三軸試驗現(xiàn)場及土樣析,累積塑性變形模擬值與實驗值間的百分比誤差1收稿日期22008-06-2259檢測與分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL111No111圖3模擬和試驗塑性變形的比較最大為16.30%,在有限元允許誤差20%以內(nèi),最小(2)三角形波作用下塑
5、性變形:圖6中三角形的僅為0.19%,很好的滿足了精度要求,可以用數(shù)荷載的周期也為1s,0~0.5s時間內(nèi)線性加載到應(yīng)值模擬的方法來研究粉質(zhì)粘土的塑性變形。力幅值,0.5~1s時間內(nèi)減到0,以后的每個周期都是如此。圖7所示的三角形波作用下塑性變形規(guī)律3不同加載波形對粉質(zhì)粘土塑性變形的影響和正弦波基本相同,數(shù)值上有所差異。(1)正弦波作用下塑性變形:圖4為正弦波循環(huán)荷載示意,所加荷載幅值為580kPa。從圖5正弦波作用下上表面中心點處豎向位移(U3)-時間(t)關(guān)系中可以看出土的變形累積特性,在周期性荷載的作用下,每經(jīng)過一次循環(huán)回到初始位置便產(chǎn)生一定的塑性變形,土體塑性變
6、形不斷累積,表現(xiàn)出土的循環(huán)活動性。加載的初期,土樣的變形發(fā)展較快,但是當(dāng)加載周數(shù)到一定的次數(shù)時,土樣變形逐漸緩慢,土體達到一種振穩(wěn)狀態(tài)。(3)矩形波作用下塑性變形:圖8中矩形荷載的周期為1s,0~0.5s時間內(nèi)以恒定的等應(yīng)力幅值加載,0.5~1s時間內(nèi)不加載,以后的每次循環(huán)都是如此。圖9所示矩形波作用下上表面中心點處位移-時間變形曲線呈鋸齒型,而不像正弦波和三角形波那樣光滑,這與應(yīng)力的加載形式有關(guān)。(4)三種波形荷載作用下塑性變形的比較:加載波形分別為矩形、三角形、正弦波形時,不同波形對塑性變形的影響是不同的。從圖10和圖11中我們可以看出,矩形波作用下的塑性變形要大于
7、正弦波同時也大于三角形波,而三角形波和正弦波作用60巖土工程界第11卷第11期檢測與分析圖11不同波形作用下塑性變形與循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線4結(jié)論借助動三軸試驗有關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)值分析方法,建立了三維有限元分析模型,分析了粉質(zhì)粘土在循環(huán)下的塑性變形十分接近。由此可見,不同波形對塑荷載作用下的塑性變形特性。不同波形對塑性變形性變形的影響取決于荷載最大值時歷時的長短。矩的影響是不同的。矩形波作用下的塑性變形要大于形波每個周期內(nèi)在最大值處停留的時間最長,故塑正弦波同時也大于三角形波,而三角形波和正弦波性變形最大;三角形波和正弦波加載波形接近,故變作用下的塑
