水泥改良土地基-沉箱护岸体系地震反应的振动台试验及数值模拟研究

Seismic performance of seabed foundation-caisson type quay is a very important and complicated problem, which is greatly influenced by the seawater and the soil. Soil in seabed, dredged soft soil and two kinds of cement stabilized soils are studied in the laboratory tests. Based on the damage theory of soil sturcture, the SYS Cam-clay model is modified and is used to describe the dynamic characteristic of the soils. Shake table tests under different conditions are firstly used to analyse the coupled effect of seawater with the seabed-caisson system, and then are used to analyse the influence of the stabilized soils used as backfill material. Within the framework of the soil-water coupled dynamic analysis theory, numerical simulation of the shake table tests are carried, in which modified SYS Cam-clay model is used for the seabed ground and the stabilized soils. In the calculation, the fluid-solid coupled effect is considered by using a simplified elastic element for seawater with an iterative algorithm. The caisson type quay wall is modelled as an elastic medium. Compared with the shaking table test result, the proposed analysis method is modifed and can be used to illustrate the seismic behavior of the seabed-caisson system, to study the change of earth pressure and excess pore water pressure, to evaluate the stability of seabed ground during earthquake, and to predict the longterm post-seismic settlement.The research is a useful reference for the seismic design in geotechnical engineering.

地震作用下地基-沉箱护岸的相互作用问题作用机理复杂。地震激励引起的海水和回填土的动压力对系统的动力响应有重要影响。通过室内土力学试验研究地基土、疏浚软土以及水泥固化改良疏浚土的动力学特性，以SYS Cam-clay弹塑性模型为基础，建立考虑土体结构性损伤的本构关系。通过多种工况条件下振动台试验分析海水和系统耦合作用，分析改良疏浚土用作回填材料对于系统动力特性的影响。以水-土耦合的动力数值计算方法为基础，采用修正的SYS Cam-clay模型描述地基土及固化改良土，采用简化的弹性水体单元模型和迭代算法考虑流固耦合效应，通过有限元方法模拟振动台试验。对比试验数据对数值计算方法进行修正，进而提出一个简单合理的岩土地震工程计算方法，分析地震中海床地基-沉箱护岸的相互作用，研究土压力、孔隙水压力的变化和分布规律，评价地基的稳定性，预测地震后地基的长期沉降，为沉箱护岸抗震设计提供参考。

随着经济建设的快速发展，建设用地的日趋紧张，沿海地区软土地基处理及软土的有效化利用成为亟待解决的问题。通过一系列物理、化学及微生等方法对软土进行改良，能够显著改变其力学特性（强度、压缩性和结构性等）。改良土通常存在一定的结构性（structure）和黏聚强度（cementation strength），其力学特性与重塑土存在差异。微观上主要表现为土体内土颗粒的胶结以及土颗粒的排列。对于改良土，在加载过程中，土颗粒的胶结被逐渐破坏，使土体的黏聚强度降低；同时，土颗粒的排列也产生变化，影响土体的变形特性。.围绕强结构性土的强度和变形特性进行了研究，主要完成了以下几个方面的工作：.(1) 通过分析经典的岩土材料的强度准则。提出了一个适用于多种岩土材料的双参数的强度准则。通过选取不同的形状参数，该强度准则不仅可以在偏平面分别退化为广义Mises准则、Lade-Duncan准则以及SMP准则，而且能够扩展到偏平面上SMP准则内部的区域。通过与真三轴试验数据的对比，该强度准则对于包括混凝土、花岗岩、砂岩、水泥改良砂土及粘土在内的多种材料均有较好的适用性和较高的精度。.(2) 研究了两种改良土（水泥改良土和石灰改良土）的变形特性。基于上下加载面模型的框架，引入了黏聚强度及其变化规律，并修正了屈服函数和塑性势函数，提出了适用于改良土的弹塑性本构模型。提出的模型可较好地预测改良土的剪缩/剪胀、硬化/软化等力学特性，并说明了黏聚强度的丧失对改良土的软化有重要影响。.(3) 研究了强结构性土的变形特性。基于上下加载面模型，引入了加载过程中的损伤演化规律以及黏聚强度的变化规律，提出了一种适用于强结构性土的弹塑性损伤本构模型，提出的模型可较好地描述其变形和损伤特性。.(4) 研究了强结构性土在不同应力水平下的加速蠕变现象。基于Nishihara模型，通过将黏塑性元件修正为非定常、非牛顿黏性元件，使其能够反映其加速蠕变的过程。通过与冻土蠕变试验数据进行对比，修正的模型能够反映冻土从衰减蠕变和稳定蠕变状态进入加速蠕变的过程。