主应力轴循环旋转下饱和砂土液化的细观机理研究与数值模拟

本项目研究旨在饱和砂土液化可视化空心圆柱试验基础上，基于颗粒离散元与流体动力学耦合建模技术，克服传统连续介质力学的宏观连续性假设，开发用于主应力轴循环旋转下饱和砂土液化分析的细观数值仿真平台，揭示液化过程中砂土组构各向异性的演化规律和固－液两相细观耦合作用，建立宏－细观力学量之间的对应和关联。本项目采用可视化室内试验与细观数值仿真模拟相融合的技术探索主应力轴循环旋转下饱和砂土液化的细观力学机理，其研究成果不仅能为饱和砂土液化宏细观机理的研究提供新方法，而且还能为复杂应力条件下砂土本构模型的建立提供细观力学思路。

本项研究采用可视化室内试验与颗粒离散元细观数值模拟相融合的技术，研究了循环荷载作用下饱和砂土液化的宏细观力学响应，揭示了饱和砂土液化的细观力学机理。取得的主要研究成果有：(1) 基于数字图像技术分析了可视化试验中实际砂样的组构特征与砂颗粒的运动规律；(2) 引入数学函数定量表述了砂土液化过程中的细观组构各向异性演化规律，建立了主要宏―细观力学量之间的定量关联；(3) 揭示了砂土初始组构各向异性和应力诱发各向异性影响砂土宏观液化响应的细观力学机理；(4) 建立了可用于砂土液化分析的离散―连续耦合分析方法，为后续土―结构耦合体系液化响应的细观力学分析奠定了基础。本项研究为饱和砂土液化的机理研究提供了新方法，取得的研究成果能直接应用于饱和砂土液化的细观本构建模等前沿研究领域，具有重要的研究意义。