[发明专利]一种确定颗粒材料模量软化和恢复的方法

说明书

一种确定颗粒材料模量软化和恢复的方法，该方法根据颗粒材料在动载作用下，其宏观模量随时间而演化的特性，建立模量随时间演化的理论模型。通过室内三轴共振柱试验数据测定模型中的待定参数。引入状态参数的概念，通过对其理想条件下物理意义的分析，简化理论关系，确定状态参数及其随时间演化的发展规律，从而得到了模量随时间演化的控制方程，进一步获得模量演化的模型。本发明充分考虑了颗粒材料由于外界荷载条件发生变化的影响，提高了计算颗粒材料模量演化的准确性。本发明可有效计算和预测不同围压、地质环境下的颗粒材料受动荷载作用模量的演化情况，是一种简单易操作、可广泛适用的方法。

技术领域

本发明涉及一种确定颗粒材料模量软化和恢复的方法，属岩土工程技术领域。

背景技术

目前我国经济正处于高速发展阶段，涉及砂土基础的工程建设越来越多，为此，学者们对种颗粒材料的动/静力学问题的研究也越来越重视。

砂土作为一种颗粒材料，其力学特性非常复杂，在动力荷载的作用下会表现出模量的软化、衰减甚至使地基发生强度失稳等；例如地震的发生时造成的大面积砂土液化、砂性边坡的滑移等。因此，研究颗粒材料在动力荷载作用下模量的演化问题对已有工程的安全性评估尤为重要。一般采用室内试验得出颗粒材料在动荷载作用下模量的变化情况，根据试验现象得出模量随时间变化的表象公式，但此方法无法对颗粒材料模量的演化行为做出根本的解释，使得出的理论模型与实际结果有较大偏差，且已有研究中对模量随时间演化的研究尚不多见，没有对模量的软化与恢复进行系统地阐述。

发明内容

本发明的目的是，为了解决颗粒材料地基在外界动力荷载作用下强度随时间演化的评估，提出一种确定颗粒材料模量软化和恢复的方法。

本发明实现的技术方案如下，一种确定颗粒材料模量软化和恢复的方法，所述方法步骤如下：

(1)引入状态参数θ、对颗粒材料状态的变化进行定义；

(2)结合参数与状态参数θ之间的关系，得到模量演化的微分方程；

(3)求解微分方程，进而得到颗粒材料模量随时间软化或恢复的计算预测模型。

所述颗粒材料状态的变化表现为：

θ＞0，模量恢复；θ＜0，模量软化；

式由函数f(θ)进行泰勒级数展开得到，仅保留前三项。式中，θ是某一时刻模量的变化率与该阶段初始模量G_t0的比值，k·f(θ)为状态参数的函数，k表示影响状态参数的外界因素，为常数。

所述参数与状态参数θ之间的关系如下：

式中，a₀＝a₁＝0，由(模量软化)，(模量恢复)，得出；a₂为常数，软化阶段设置为正，恢复阶段设置为负。

所述微分方程为：

式中，t为各个软化或恢复阶段所经历的时间；t₀为各个软化或恢复阶段的初始时间；t-t₀为该阶段经历的时间；G_t0为初始模量。

所述模量随时间软化或恢复的计算预测模型表达式如下：

G(t)/G_t0＝b-aln[1+c(t-t₀)]